[發(fā)明專利]非拋物線反射鏡的蒙特卡洛模擬方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710328327.5
• 申請(qǐng)日: 2017-05-11
• 公開（公告）號(hào): CN108875100A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 官景棟;李翔
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津?yàn)I海光熱跟蹤技術(shù)有限公司
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 天津創(chuàng)智天誠(chéng)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 12214
• 代理人: 田陽

本發(fā)明公開了非拋物線反射鏡的蒙特卡洛模擬方法，本方法依據(jù)蒙特卡洛光線追蹤法，計(jì)算涉及以下四個(gè)隨機(jī)量的模擬：入射時(shí)太陽光光線錐度角、光線入射在反射鏡上的位置、入射點(diǎn)位置反射鏡的制造誤差，和跟蹤系統(tǒng)跟蹤誤差。本方法考慮光場(chǎng)地基的位置誤差、太陽位置在全年的變化、相鄰集熱器間的遮擋作用、反射鏡誤差和跟蹤誤差等因素，實(shí)際光場(chǎng)可能產(chǎn)生的所有影響因素都在計(jì)算中有所體現(xiàn)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于集熱器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是非拋物線反射鏡的蒙特卡洛模擬方法。

背景技術(shù)

在光場(chǎng)設(shè)備的施工過程中，需要借助軟件算法分析影響槽式集熱器的光學(xué)和能量轉(zhuǎn)化效率的各種因素，用以評(píng)估最優(yōu)的光場(chǎng)設(shè)備和施工建造成本，為不同形式集熱器或集熱回路的可行性提供依據(jù)。軟件算法的依據(jù)為蒙特卡洛法，即當(dāng)所求解問題是某種隨機(jī)事件出現(xiàn)的概率，或者是某個(gè)隨機(jī)變量的期望值時(shí)，通過某種“實(shí)驗(yàn)”的方法，以這種事件出現(xiàn)的頻率估計(jì)這一隨機(jī)事件的概率，或者得到這個(gè)隨機(jī)變量的某些數(shù)字特征，并將其作為問題的解。本分析方法涉及的計(jì)算原理為蒙特卡洛光線追蹤法，計(jì)算光線自入射到反射鏡、反射鏡反射后射到集熱管的過程，認(rèn)為軸向無變化。計(jì)算涉及到四個(gè)隨機(jī)量：

第一個(gè)隨機(jī)量是入射時(shí)太陽光光線錐度角，N條光線將有N個(gè)隨機(jī)的錐度角，在太陽光錐角-0.26°到0.26°范圍內(nèi)平均分布。

第二個(gè)隨機(jī)量是光線入射在反射鏡上的位置，認(rèn)為入射點(diǎn)在水平方向即x方向平均分布。

第三個(gè)隨機(jī)量是入射點(diǎn)位置反射鏡的制造誤差，該誤差服從均值為零的正態(tài)分布。

第四個(gè)隨機(jī)量是跟蹤系統(tǒng)跟蹤誤差，服從均值為零的平均分布。

當(dāng)入射光線數(shù)目足夠多時(shí)，最后的光線反射將接近真實(shí)情況。

在現(xiàn)有技術(shù)中，存在以下幾個(gè)：缺少對(duì)于非標(biāo)準(zhǔn)拋物線方程的求解，目前無任何論文提出變形后非拋物線反射鏡的計(jì)算。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)，提供了非拋物線反射鏡的蒙特卡洛模擬方法。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

非拋物線反射鏡的蒙特卡洛模擬方法，依據(jù)蒙特卡洛光線追蹤法，計(jì)算涉及以下四個(gè)隨機(jī)量的模擬：入射時(shí)太陽光光線錐度角、光線入射在反射鏡上的位置、入射點(diǎn)位置反射鏡的制造誤差，和跟蹤系統(tǒng)跟蹤誤差。

步驟一、根據(jù)輸入的時(shí)刻、經(jīng)緯度、地基誤差計(jì)算太陽位置，確定入射角；同時(shí)計(jì)算出排遮陽系數(shù)、IAM、ANI、末端損失和跟蹤角等；

步驟二、確定入射的N條光線的陽光錐角；

步驟三、確定入射光在反射鏡上位置；

步驟四、確定入射點(diǎn)反射鏡制造誤差；

步驟五、聯(lián)立入射光方程y＝kx+b和反射鏡方程y＝(x+tp)^2/4p+c。求出入射點(diǎn)位置(x0,y0)。求導(dǎo)反射鏡方程得到該位置的切線的斜率k0，k0+M為考慮反射鏡制造誤差后的斜率，1/(k0+M)為反射鏡在該點(diǎn)的法線斜率。入射光與法線夾角等于反射光與法線夾角，以此計(jì)算出反射光斜率。由點(diǎn)線法，可求出反射光的幾何方程y＝k’x+b’；

步驟六、聯(lián)立反射光方程y＝k’x+b’和集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，求出的解為反射光入射到集熱管上的位置點(diǎn)坐標(biāo)；

步驟七、統(tǒng)計(jì)光線攜帶能量，計(jì)算出集熱管上熱流分布。將反射光打到集熱管上的坐標(biāo)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)(p，r)，極坐標(biāo)原點(diǎn)為集熱管中心，組成新矩陣(p,r,I’)。以角度p對(duì)矩陣(p,r,I’)排序，每1°區(qū)間內(nèi)I相加后得到熱量Ia，Ia除以1°對(duì)應(yīng)集熱管面積得到熱流密度P。集熱效率即為Ia之和與入射能量I之和。