菲涅耳碟式聚光器性能分析与设计.pdf

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1、学校代码：10286分类号：TK513密级：公开UDC：621.1学号：150365菲涅耳碟式聚光器性能分析与设计研究生姓名：李珂导师姓名：匡荛副研究员申请学位类别工学硕士学位授予单位东南大学一级学科名称动力工程及工程热物理论文答辩日期2018年6月9日二级学科名称新能源技术学位授予日期2018年6月20日答辩委员会主席黄护林评阅人王军杨帆2018年6月11日硕士学位论文菲涅耳碟式聚光器性能分析与设计专业名称：动力工程及工程热物理研究生姓名：李珂导师姓名：匡荛副研究员PERFORMANCEANALYSISANDDESIGNOFFRESNELDISHC

2、ONCENTRATORADissertation（Thesis）SubmittedtoSoutheastUniversityFortheAcademicDegreeofMasterofEngineeringBYLIKeSupervisedbyAssociatedProf.KUANGRaoSchoolofEnergy&EnvironmentSoutheastUniversityJune2018东南大学学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其

3、他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。研究生签名：日期：东南大学学位论文使用授权声明东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、《中国学术期刊（光盘版）》电子杂志社有限公司、万方数据电子出版社、北京万方数据股份有限公司有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可以公布（包括以电子

4、信息形式刊登）论文的全部内容或中、英文摘要等部分内容。论文的公布（包括以电子信息形式刊登）授权东南大学研究生院办理。研究生签名：导师签名：日期：摘要摘要对于太阳能中温热利用系统，研发出具有价格竞争力的聚光集热器是其能否得到应用推广的关键。碟式聚光镜群具有较高的余弦效率，没有阻挡损失，镜场光学效率卓越。而传统的抛物碟式聚光器在加工、安装调试，或能流密度的均匀性方面均存在一定缺陷，使得碟式系统的成本一直居高不下。基于以上背景，本文提出了一种快速定姿的菲涅耳碟式聚光器的模型和定姿算法，成本低、显著简化了聚光器安装时的调光过程，可灵活布置利用碎片化闲散空间建

5、设分布式可再生能源系统。论文主要从以下几个方面展开了理论分析与探索：（1）提出了菲涅耳碟式聚光器镜面模型，以多圈环形阵列排布的平面子镜替代抛物型镜面，解决了碟式聚光器对镜面特殊制造需求而带来的高成本问题。对菲涅耳碟式聚光器，分析子镜尺寸、圈数、子镜数目对聚光器性能的影响。结果表明：聚光器半径一定时，子镜尺寸越小，圈数越多，几何聚光比越高，并且聚光比随圈数增加的速度越快，但是成本也相应增加。（2）提出了一种快速确定菲涅耳碟式聚光器子镜姿态的算法，计算出各圈子镜的最佳内倾角，使该圈子镜在焦平面上形成的焦斑半径达到最小值。认为当子镜中心点反射太阳光锥所形成

6、的焦斑半径为最小值时，该圈子镜在焦平面上形成的焦斑其半径也达到最小值，即我们可通过子镜中心点的反射光束大小来确定各圈子镜的最佳内倾角。（3）分析菲涅耳碟式聚光器焦平面上的能流密度分布特征，TracePro光学软件模拟不同倾斜角、吸热器高度下，各圈子镜的焦斑变化，焦斑仿真分析结果验证了算法的正确性。对已经得到的焦平面能流密度进行性能分析。当吸热器高度为1349mm时，焦平面上98.7%能量分布在半径为112mm范围内，能量分布相对均匀。（4）对菲涅耳碟式聚光器的支撑结构以及反射镜面的调焦系统进行构造设计。只需要在初始状态时，保证所有平面子镜精确调整在同

7、一平面内，聚光器就能够同步完成所有子镜倾角设置，而不是各子镜倾角逐面设置，实现聚光器的快速精准调姿。调姿完成后，调焦杆件拆除，同一套调焦机构可多次重复使用，成本降低。关键词：碟式聚光器；菲涅耳；快速装配；定姿算法；能流密度分布IAbstractAbstractThedevelopmentofaprice-competitiveconcentratingcollectoristhekeytoitsapplicationforthemedium-temperaturesolarthermalutilizationsystem.Theopticaleffi

8、ciencyofdishconcentratingmirrorfieldisexcellentwithhig