[發明專利]一種傘狀柔性張拉膜聚光器聚光性能預測方法和系統

有效

• 申請號: 202110007813.3
• 申請日: 2021-01-05
• 公開（公告）號: CN112685943B
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 王海紅;季祥;張丹;翟天嵩;劉忠超;蓋曉華;張季萌
• 申請（專利權）人: 南陽理工學院;河南工業職業技術學院
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/10;G06F17/13;G06T17/20;G02B19/00
• 代理公司: 鄭州芝麻知識產權代理事務所(普通合伙) 41173
• 代理人: 張海青

1.一種傘狀柔性張拉膜聚光器聚光性能預測方法，其特征在于，包括如下步驟：

步驟一：建立傘狀柔性張拉膜聚光器反光薄膜的三角形網格模型；

步驟二：對傘狀柔性張拉膜聚光器的反光薄膜進行找形設計，得到找形后傘狀柔性張拉膜聚光器的反光薄膜中各三角形網格的幾何位置坐標；

步驟三：在傘狀柔性張拉膜聚光器的反光薄膜三角形網格上隨機生成光線的入射點，利用菲涅爾原理，結合太陽光不平行度和入射光線經薄膜反射后的反射方程計算反射光線；

步驟四：計算反射光線與接收器接收面的交點坐標，將該交點坐標值作為經傘狀柔性張拉膜聚光器的反光薄膜反射后光線落在接收器接收面的位置；

步驟五：根據接收器接收面接收到的反射光線數量，對傘狀柔性張拉膜聚光器的聚光性能進行預測；

步驟三的具體過程，包括如下步驟：

步驟3-1，初始化Face_Insert和Total_Insert；

Total_Insert＝A×5

設整個三角形網格中共有Face_Num個三角形膜片；Face_Insert用于記錄每個三角形膜片輸入的光線數量，是第w個三角形膜片在投影面的面積；Total_Insert用于記錄整個三角形網格的輸入光線點位置，A是聚光器口徑面面積；

步驟3-2，初始化變量I＝1；

步驟3-3，判斷I的值是否小于等于Face_Num；

如果小于，執行步驟3-4；否則，執行步驟3-14；

步驟3-4，初始化變量J＝1

步驟3-5，判斷J的值是否小于等于Face_Insert；

如果J的值大于Face_Insert，執行步驟3-12；

如果J的值小于等于Face_Insert，執行步驟3-6；

步驟3-6，產生隨機數t1＝rand(0，1)和t2＝rand(0，1)；

步驟3-7，判斷隨機數t1是否大于t2；

當t1大于t2時，執行步驟3-8；

當t1不大于t2時，執行步驟3-9；

步驟3-8，將隨機數t1和隨機數t2值交換，然后獲取T3；

T3是由隨機數t1，t2組成的行向量，即T3＝[t1,t2-t1,1-t2]；

步驟3-9，獲取T3；T3是由隨機數t1，t2組成的行向量，即T3＝[t1,t2-t1,1-t2]；

步驟3-10，在第I個三角形膜片上生成光線入射點坐標RayInsert，將RayInsert作為第I個三角形膜片上第J個光線入射點坐標，即

RayInsert(J,:)＝T3*vertex

(x₁,y₁,z₁)、(x₂,y₂,z₃)、(x₃,y₃,z₃)分別為第I個三角形膜片上的三個隨機點的在全局坐標系中的坐標；

步驟3-11，令J＝J+1，轉步驟3-4；

步驟3-12，將坐標RayInsert作為第I個三角形膜片中的第J個光線入射點坐標，并將其保存在Total_Insert中，即

Total_Insert(I,:)＝RayInsert

其中Total_Insert(I,:)為第I個三角形膜片上光線入射點的集合；

步驟3-13，令I＝I+1，轉步驟3-3；

步驟3-14，輸出Total_Insert；

步驟3-15，程序結束；

設全局坐標系為oxyz，視日跟蹤坐標系為o'x'y'z'，視日坐標系y'軸與全局坐標系oxyz的y軸平行，如圖6所示，入射光線在視日坐標系o'x'y'z'的方向矢量L為：

式中θ和是入射光線方向的徑向角和切向角；考慮入射太陽光不平行度影響，在視日跟蹤坐標系o'x'y'z'中入射光線角度概率模型可表示為：

式中，δ是太陽周邊區域半角，最大半角δ_max＝4.56mrad，R₁和R₂為[0,1]之間的均勻分布偽隨機數；入射光的方向矢量經過坐標變換，可以得到在全局坐標系中抽樣光線的方向矢量L′為：

單個三角形單元產生鏡面反射，入射光線的法線與三角形單元的法線方向一致，對于三角形網格中第g個三角形單元，由菲涅爾反射定律得反射后光線的方向矢量為

L^*＝L′-2(N_g·L′)N

式中N_g為第g個三角形單元所在平面的法向矢量；

設反光膜面中第g個三角形單元三個頂點在全局坐標系中的坐標分別為A、B、C，其坐標分別為(x_A,y_A,z_A)、(x_B,y_B,z_B)和(x_C,y_C,z_C)，則

其中i、j、k分別是全局坐標系x軸、y軸和z軸的矢量方向；反射后的光線與接收器接收面的交點在全局坐標系中的坐標為(x₀,y₀,z₀)，則該點可以解如下方程組求得

其中X、Y、Z為上述方程中的因變量。