聚焦式太阳灶的设计与制作

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1、维普资讯http://www.cqvip.com第25卷第2期荆州师范学院学报(自然科学版)vd25No22002年4月JournalofJingzhouTeachersCollege(NaturalScienceJApr2002聚焦式太阳灶的设计与制作张昆实(荆州师范学院信息科学学院434020)摘要加快开发和利用太阳能是新世纪能源开发、环境保护和实行可持续发展计划中的一项重要措施．本戈论述了聚焦武太阳灶的设计原理、制作方法及其使用效果关键词太阳能；太阳灶；设计中图分类号TK51文献标识码A文章编号1

2、003—8019(2002)02—0051—031引言太阳能是一种取之不尽、用之不竭的巨大能源．按1979年在国际地球物理学会上确定的太阳常数值1．37kW／m计算，每年太阳辐射到地球表面的能量约为1．7×10”MW．相当于每年太阳输送给地球一百亿亿度电力．这一数值约为目前地球上人类所用各种能源功率的5～6万倍而且使用太阳能不排放温室气体，不污染环境，远比石油、煤、天然气等常规能源清洁和安全可靠．因此，太阳能被誉为21世纪全人类最具开发潜力的可再生新能源．2聚焦式太阳灶的工作原理采用抛物面的聚焦方式，当

3、抛物面正对太阳时，平行人射的太阳光线经抛物面上各点反射后都汇聚到焦点上．若用支架将炊具固定在焦点附近，让太阳焦斑正好照射在炊具底部，就可以利用太阳能来加热炊具，烹0”．：7：／：／：／n。一／。一／／r／／／F冒1围2圈3收稿日期：2002。1一】4基金项目：荆州师范学院自然科学基金资助项目(002；03)作者简介：张昆实(1949一)，男，硕士，副教授，现主要从事粒子物理和物理实验研究维普资讯http://www.cqvip.com荆州师范学院学报(自然科学版)2002年4月调食物聚焦式太阳灶如图1所

4、示，由于季节的变化．太阳的仰俯角会发生变化，且同一天内太阳相对于地面的位置也随时间变化，因此太阳灶必须具备调整仰俯角和跟踪太阳的装置对于简易型太阳灶，这两者都可通过手动调整来完成3聚焦式太阳灶的设计与制造抛物面的设计是太阳灶设计的关键，它直接影响太阳灶的聚光效果和使用功率31抛物面型灶面的设计用一支直尺、一个圆规、一块三角板和一只铅笔，就可以设计出满足要求的抛物线该抛物线绕其对称轴旋转一周就得到抛物型灶面，因此最关键的是如何得到符合要求的抛物线．其绘制方法如下：取一张大白纸．平行于底边，每隔5cm画一条

5、平行线，共画l8条平行线在纸底边上距右下纸角70cm定出焦点F因要求所有落在灶面上的平行太阳光线经反射后都汇聚在焦点F处，因此，根据几何光学的反射定理即可作图在D点处太阳光线上距纸的右边大约几毫米处取一点0点，连接FO即经。点处的灶面反射至焦点的反射光线，用圆规作DOF的角平分线即在。点处的法线，经。点作该法线的一小段垂线即得抛物线在该点处的-4,段．同理，沿每一条太阳光线作出抛物线上的-4,段(该小段越往上应越远离纸的右边缘)，将它们连接成一条光滑连续的曲线OO，即得到所需要的抛物线(如图2)3．2抛

6、物面型灶面的制作选用12根横截面为3cm×06cm的铝条，长约80cm，仔细地按图2绘制的抛物线敲打成型(这一步要反复检查，严格把关，直至全部合格)，再用lmm厚的白铁皮剪两个直径约30cm的小圆盘，敲打中心，使略呈凹型，并用它们将l2根呈抛物线型的铝条按圆周等份地央起来，用手电钻钻孔后用螺钉紧固．再用06mm的薄铝板剪l2块30’角的扇形，仔细地将12块扇形薄铝板铺在每两根铝条之间，钻孔后铆紧，就得到了抛物形灶面为了增强反射阳光的效果可用光洁度极高的平整铝箔粘在铝板表面，可得效果极好的反射抛物灶面．3

7、3抛物灶面与底座的联接与固定底座用废弃方凳的空心方铁管焊接而成，底座与抛物灶面之间通过由囝3所示的十字托架和Y型支撑联接，十字托架与抛物形灶面紧固，Y型支撑插入底座立柱方孔中固定十字托架与Y型支撑通过柱销铰联，并可绕销轴相对转动，以调整灶面仰俯角在抛物形灶面下底部另有一个由铰链联接的可调支撑直杆，用于调整灶面仰俯角及灶面固定．3．4锅架的设计锅架采用铝制三角支架形式，下端固定在灶面的支撑铝条上，上端的圆形框口由大小两段圆弧经铰链联接．使大圆弧段可根据不同季节太阳的仰俯角不同而升降调节，这样锅面始终保持在

8、水平位置设计承载能力约为5公斤．灶架圆框内直径约为23cm，可平稳放置炒锅、直径为22cm的钢精锅或高压锅等3．5其它设计抛物面的面积和焦距是太阳灶的两个重要参数抛物面面积的大小决定接受到的太阳能功率的大小，焦距决定着焦斑面积的大小，同时还决定着太阳灶的操作高度我们设计的太阳灶抛物面的接受太阳光的截面积约为l5m，焦距为70cm，锅底焦斑直径约为12cm，炊具距地面约l2m，烹调操作方便．手动跟踪太阳每45分钟左右一次即可．4聚焦式太阳灶的