[發明專利]一種碟式三角元拼合拋物面薄膜聚光器聚光性能預測方法

有效

• 申請號: 201811258867.1
• 申請日: 2018-10-26
• 公開（公告）號: CN109460594B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 季祥;鄭飛;王海紅;李鵬;鄭濤;芮喜;任星;張峰斌
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/17;G06F111/10;G06F111/08
• 代理公司: 西安吉盛專利代理有限責任公司 61108
• 代理人: 孟凡臣

1.一種三角元拼合拋物面薄膜聚光器聚光性能預測方法，其特征在于：至少包含以下步驟：

步驟1、建立聚光器反射膜面；

步驟2、利用三角元拓撲關系和頂點坐標計算每個三角元的法向量；

步驟3、考慮太陽入射光線模擬太陽光錐模型，使用蒙特卡洛方法隨機產生三角元小平面上光線的入射點；

步驟4、利用菲涅爾原理計算經三角元反射后的光線方程；

步驟5、計算反射光線與接受面的交點坐標，交點坐標值即為經三角元反射后光線在接受面的位置；

步驟6、統計接受面反射光線交點及能量并計算能流密度分布；

所述步驟4具體如下：

根據跟蹤誤差角度設定局部坐標系o’x’y’z’，局部坐標系的y’軸與描述反射聚集器的系統坐標系oxyz的y軸平行；當視日跟蹤誤差α＝0時兩坐標系是重合的，入射光線S在局部坐標系o’x’y’z’的方向矢量S_1：

式中S_1為光線在局部坐標系中方向矢量，θ和是入射光線方向的徑向角和切向角；經過坐標變換可以得到在oxyz坐標系中抽樣光線的方向矢量S：

式中S為oxyz坐標系中的光線的方向矢量，α是聚光器視日跟蹤誤差角度；

結合步驟2、3及Fesnel反射定律得到反射光線的方向矢量S*：

S*＝S-2(N·S)·N????(11)

式中S*為反射光線的方向矢量，S為oxyz坐標系中的光線的方向矢量，N為反射面的法向矢量；

所述步驟5具體如下：

確定反射光線在接受面的落點位置；

利用反射光線方程和接受面方程確定每條光線在接受面的位

置；反射光線方程表達式為(12)，接收面表達式為(13)；

Z＝F????(13)

式中F為拋物面方程的焦距，Z為接受面方程中的因變量；x₁，y₁，z₁為三角形平面隨機光線入射點的位置，X，Y，Z為反射光線方程中的因變量；為方向向量S^*對應的方向向量值；

所述步驟6具體如下：

將接受面上接收區域劃分為多個面積相等的圓環，則每個圓環的輻射能流密度僅與其接收光線的數目及所攜帶的能量有關；這里假設每條光線攜帶的能量相等，進入聚光器的每條光線的平均能量AverRayEn：

式中AverRayEn是每條光線的平均能量，A為聚光器口徑面積，I₀為太陽輻射的能流密度，TotalRayNum為進入聚光器光線總數，則每一環的能流密度E_i為：

式中S為圓環的面積,E_i是每一環的能流密度，AverRayEn是每條光線的平均能量。

2.根據權利要求1所述的一種三角元拼合拋物面薄膜聚光器聚光性能預測方法，其特征在于：所述步驟1建立聚光器反射膜面為準測地線網格薄膜面或三向網格薄膜面。

3.根據權利要求1所述的一種三角元拼合拋物面薄膜聚光器聚光性能預測方法，其特征在于：所述步驟1建立聚光器反射膜面的聚光器口徑面面積為：

式中，A為聚光器口徑面積，D為反射器口徑直徑。

4.根據權利要求2所述的一種三角元拼合拋物面薄膜聚光器聚光性能預測方法，其特征在于：所述準測地線網格是在聚光器的投影面內沿半徑方向將半徑平均分為P份，半徑上的每個節點沿圓周環形陣列，進而得到三角形面片的拓撲關系；所述三向網格也是在投影面內將半徑平均分為P份，但投影三角形為等邊三角形；第M環陣列節點數為M×TN，M從1到P，總節點數為：

K＝3P²+3P+1????(2)

式中，P為半徑的均分數，K為總結點數，然后將口徑面上的節點投影到設計的拋物面

式中F為拋物面的焦距，X,Y,Z為自變量，然后得到拼合拋物面的三角元平面頂點坐標，三角元平面總數為：

T＝P²·TN????(4)

式中T為平面總結點數，P為半徑的均分數。