[發明專利]一種風荷載作用下定日鏡聚光效率評估方法

有效

• 申請號: 201911324731.0
• 申請日: 2019-12-20
• 公開（公告）號: CN111338386B
• 公開（公告）日: 2021-09-03
• 發明（設計）人: 吉柏鋒;胥蓓蕾;沙正海
• 申請（專利權）人: 武漢理工大學
• 主分類號: G05D3/10
• 分類號: G05D3/10;H02S40/22;H02S20/32
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 裴金華

本發明提供一種風荷載作用下定日鏡聚光效率評估方法，屬于定日鏡聚光效率評估技術領域。本發明中提出的風荷載作用下定日鏡聚光效率評估方法，可以解決現有評估方法中對風荷載引起的結構變形對聚光效率評估的需要，該評估方法不局限于定日鏡場建立后的驗證性評估，而是可以基于當地氣象資料開展計算進行先驗性評估，在建造之前進行評估，在定日鏡場建造后，可以通過在定日鏡表面設置位移傳感器，獲得定日鏡在風荷載作用下表面變形信息后，仍然可以采用本方法進行聚光效率的長期監測，可以為光熱發電站提供定日鏡聚光效率事先評估和事后監測的計算依據。

技術領域

本發明屬于定日鏡聚光效率評估技術領域，涉及一種風荷載作用下定日鏡聚光效率評估方法。

背景技術

定日鏡結構是一種由反光鏡、支撐鏡架、底部基座、跟蹤系統和控制系統等組成的聚光設備，反光鏡面由背部剛性支架支撐，通過跟蹤系統跟蹤太陽運行軌跡并反饋給控制系統，最終使鏡面調整成合適的俯仰角和方位角，以確保將太陽光線準確的反射到集熱塔上的吸熱裝置上。為了將太陽光線準確的反射到集熱塔頂，定日鏡結構在工作中俯仰角和方位角時刻在改變。

當前部分對定日鏡在風荷載作用下的聚光效率的研究，結果表明定日鏡在夏至日14時由風荷載導致的聚光損失最大，高達10.73%。定日鏡在風荷載下的變形采用了通過建立離散節點與變形鏡面曲面的聯系，采用B樣條全局曲面插值法將離散節點進行曲面重構。實際中，由于鏡面玻璃的材料屬性，定日鏡的鏡面變形并不以曲面彎曲變形為特征，而是整體剪切變形為主；其次，考慮到定日鏡面板均有若干塊小型各自獨立變形的分塊玻璃，采用整體節點曲面重構來代表定日鏡變形特征并不合適。

發明內容

本發明針對現有的技術存在的上述問題，提供一種風荷載作用下定日鏡聚光效率評估方法，本發明所要解決的技術問題是：如何提供一種風荷載作用下定日鏡聚光效率評估方法。

本發明的目的可通過下列技術方案來實現：

一種風荷載作用下定日鏡聚光效率評估方法，包括如下步驟：

S1：通過太陽在預設時間時相對地球的第一方位角和相對地球的高度角獲取定日鏡在預設時間的俯仰角和第二方位角；

S2：獲取預設時間時定日鏡的表面風壓并將表面風壓轉換成施加到有限元結構的實際荷載，將實際荷載施加到有限元結構上進行結構變形計算獲取定日鏡的鏡面變形信息；

S3：根據鏡面變形信息提取分區內的變形點坐標，根據變形點坐標建立定日鏡鏡場空間坐標系，在定日鏡鏡場空間坐標系下通過俯仰角和方位角利用矢量關系計算出變形點對應的反射關線與集熱塔上的吸熱區域的關系并獲取定日鏡預設時間時風載造成的聚光效率。

優選的，步驟S1中包括：

S11：引入赤道坐標系和地平坐標系；

S12：通過公式計算赤緯角，其中n表示一年當中的預設日期；

S13：通過公式計算太陽在預設時間時相對地球的第一方位角和通過公式計算太陽在預設時間時相對地球的高度角，其中表示預設位置處地理緯度，表示時角，表示時刻。

優選的，步驟S1中還包括：

S14：建立以吸熱塔底部為坐標軸原點、吸熱塔高度方向為Z軸、定日鏡所在地平面為X-Y平面的空間坐標系；

S15：確定吸熱塔的中心位置為空間坐標系中的A點（0，0，Z_A），確定定日鏡場中預設定日鏡的中心為X-Y平面的P點(X_P,Y_P,0)，P點的太陽入射光線單位矢量為和反射光線從P到A的單位矢量分別通過公式和計算；

S16：在和所表示的平面中，為鏡面法向量，、和所圍成的夾角為，則可以得到，，，，，，其中為定日鏡在預設時間時預設位置處鏡面法矢的俯仰角，為定日鏡在預設時間時預設位置處鏡面法矢的第二方位角。