新型太阳能聚焦器焦面能流分布仿真.pdf

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1、174电力与能源第33卷第2期2012年4月新型太阳能聚焦器焦面能流分布仿真王磊磊，黄护林(南京航空航天大学高新技术研究院，南京210016)摘要：考虑太阳光不平行度，应用蒙特卡洛光线跟踪法及光线的镜面反射定律，并采用数值模拟的方法分析了焦面位置误差、指向误差等对一种新型展开式太阳能聚焦器焦面光斑形状及能流分布的影响。结果表明：焦面位置误差绝对值越大，焦面光斑半径越大，焦面能流峰值越小；焦面误差绝对值相同时，焦面光斑形状及能流分布几乎一样；指向误差越大，光斑越偏离焦面中心，并且光斑由圆形逐渐演变成椭圆形，光斑长短径之比越大。结论可以为该新

2、型空间太阳能聚焦吸热系统的设计提供参考依据。关键词：新型空间太阳能聚焦器；光斑形状；蒙特卡罗光线跟踪法；能流分布基金项目：江苏省优势学科项目资助中图分类号：TK513．1文献标志码：A文章编号：2095—1256(2012)02—0174—04NumericalSimulationforFocalRegionCharacterizatiOninaNewSpaceSolarConcentratorWangLeilei，HuangHulin(AcademyofFrontierScience，NanjingUniversityofAeronau

3、ticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Consideringthesunnonparallelism，MonteCarloraytracingmethodandspecularreflectionlawareemployedtosimulatetheeffectsoffocalplanepositionerror，pointingerrortOspotshapeandenergydistribu—tiononfocalplaneofanewtypeofspacesolarconc

4、entrator．Theresultsshowthat：withtheabsolutevalueoffocalplanepositionerrorincreasing，focalspotradiusincreasesandpeakenergyfluxvalueonfocalplanede—creases；whenabsolutevalueoffocalplanepositionerrorissame，focalspotshapeandenergydistributionisalmostthesame；withpointingerrorin

5、creasing，thedeviationoffocalspotfromthefocalplanecenterincrea—sesandroundfocalspotbecomesovalfocalspotgradually．ThiswillprovideareferenceforthenewspaceSO—larconcentratingandabsorbingsystemdesign．Keywords：newspacesolarconcentrator；facularshape；montecarloraytracingmethod；en

6、ergyfluxdistribu—tion光斑大等一系列问题l_4。]，而且实验测量费用昂贵O引言而且易出现测量误差，因此本文将应用蒙特卡罗空间太阳能聚焦器是空间太阳能高温利用中光线跟踪法和镜面反射定律，并采用数值模拟的的关键部件，为满足空间设备对能量的需要，聚焦方法在不同误差条件下分析该聚焦器的焦平面的器往往具有尺寸大的特点，此外还应满足发射重光斑形状及能流分布，作为该新型空间太阳能聚量和体积的要求，因此可充气展开的薄膜结构成焦吸热系统的设计提供参考依据。为目前国内外研究的热点。这类结构中常伴有褶1新型聚焦器结构皱现象，这将显著降低其型

7、面精度，文献[1—3]对褶皱随充气时间的动态变化及如何提高型面精度新型聚焦器主要由可充气展开的支撑结构和进行了研究报道。预成型的反射面组成，它们之间通过悬索连接在针对上述问题，本文将采用易于成型的充气一起。充气展开后结构如图1所示。由于本文只支撑结构与预成型反射面结合，设计一种新型空对聚焦器模型进行分析，因此可以忽略支撑结构间太阳能聚焦器结构。由于聚焦器设计和安装不的影响。聚焦器采用抛物面方程z。+Y一30z，当将引起接收面上的辐射能流分布不均匀、聚焦设计开口直径为10．45m，以此为例进行理论分王磊磊等：新型太阳能聚焦器焦面能流分布仿真

8、175析和仿真计算。其中聚焦器内圈、中圈、外圈的每则太阳光入射位置的概率模型为：块镜片面积分别为0．9512rn，1．796m和I—R·~／RR·cos(27cR)2．687m。JIy—R·~