【技术实现步骤摘要】
一种碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法
本专利技术属于太阳能热发电领域,具体是一种碟式三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法。
技术介绍
太阳能热发电是将太阳光聚焦后转化为热能,再利用内燃机或蒸汽轮机进行能量交换,最终将太阳能转化为电能。由于太阳辐照至地面的能量密度较低,理论上最高只能使物体升温至接近100摄氏度,无法满足热发电要求,因此需要对太阳能进行汇聚。在太阳能热发电领域,按聚光器汇聚方式可分为塔式、碟式、槽式和线性菲涅尔式等能量汇聚方式。目前常见的聚光器大多是固面聚光器。聚光器工作面由玻璃或金属镜面组成。这种聚光器存在质量大,制造成本高,建造困难等很多问题。索网膜结构在卫星天线、建筑等领域应用广泛。索网膜结构具有质量轻,结构简单,造型美观等许多优点。索网膜反射器在一些特殊环境下(比如太空无重力环境)可以达到较高的型面精度,并且质量超轻,通常其口径面密度不超过0.4Kg/m2。但是索网膜反射器在太阳能聚光方面的应用比较少见。聚光薄膜面是薄膜太阳能聚光系统的核心部件。聚光反射面通常是由镀有反射涂层的反光薄膜组成。太阳光被薄膜面反射汇聚,可以提高 ...
【技术保护点】
1.一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法,其特征在于:至少包含以下步骤:步骤1、建立聚光器反射膜面;步骤2、利用三角元拓扑关系和顶点坐标计算每个三角元的法向量;步骤3、考虑太阳入射光线模拟太阳光锥模型,使用蒙特卡洛方法随机产生三角元小平面上光线的入射点;步骤4、利用菲涅尔原理计算经三角元反射后的光线方程;步骤5、计算反射光线与接受面的交点坐标,交点坐标值即为经三角元反射后光线在接受面的位置;步骤6、统计接受面反射光线交点及能量并计算能流密度分布。
【技术特征摘要】
1.一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法,其特征在于:至少包含以下步骤:步骤1、建立聚光器反射膜面;步骤2、利用三角元拓扑关系和顶点坐标计算每个三角元的法向量;步骤3、考虑太阳入射光线模拟太阳光锥模型,使用蒙特卡洛方法随机产生三角元小平面上光线的入射点;步骤4、利用菲涅尔原理计算经三角元反射后的光线方程;步骤5、计算反射光线与接受面的交点坐标,交点坐标值即为经三角元反射后光线在接受面的位置;步骤6、统计接受面反射光线交点及能量并计算能流密度分布。2.根据权利要求1所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法,其特征在于:所述步骤1建立聚光器反射膜面为准测地线网格薄膜面或三向网格薄膜面。3.根据权利要求1所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法,其特征在于:所述步骤1建立聚光器反射膜面的聚光器口径面面积为:式中,A为聚光器口径面积,D为反射器口径直径。4.根据权利要求2所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法,其特征在于:所述准测地线网格是在聚光器的投影面内沿半径方向将半径平均分为P份,半径上的每个节点沿圆周环形阵列,进而得到三角形面片的拓扑关系;所述三向网格也是在投影面内将半径平均分为P份,但投影三角形为等边三角形;第M环阵列节点数为M×TN,M从1到P,总节点数为:K=3P2+3P+1(2)式中,P为半径的均分数,K为总结点数,然后将口径面上的节点投影到设计的抛物面式中F为抛物面的焦距,X,Y,Z为自变量,然后得到拼合抛物面的三角元平面顶点坐标,三角元平面总数为:T=P2·TN(4)式中T为平面总结点数,P为半径的均分数。5.根据权利要求1所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法,其特征在于:所述步骤2具体如下:拼合抛物面的任意一个三角元平面ABC,三角元顶点分别为A,B,C,三角元相邻两条边构成向量AB,AC,三角元小平面的法向量为N,S为入射光线,S*为经过三角元薄膜平面反射的反射光线;通过三角元坐标及相互之间的拓扑关系,我们可以得到所有三角元平面的法向量,这里:AB=[xB-xA,yB-yA,zB-zA](5)AC=[xC-xA,yC-yA,zC-zA](6)其中x,y,z分别为三角元平面对应顶点的坐标,三角元的法向量N即为入射光线和反射光线的法线方向。6.根据权利要求1所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法,其特征在于:所述步骤3具体如下:步骤3-1:在三角元平面内产生随机均匀分布的点,这些均布点作为为入射光线在三角元平面反射薄膜上的入射点;为了保证计算精度,单位面积的光线入射密度为5束/mm2;步骤3-2:入射光线采用太阳光锥模型,入射光线角度概率表达式为:其中θ和入射光线方向的径向角和切向角,δ是太阳周边区域最大半角δ=4.65mrad,R1、R2是(0,1)之间的均匀分布随机数。7.根据权利要求6所述的一种三角元拼合抛物面薄膜聚光器聚光性能预测方法,其特征在于:三角元平面入射点随机位置按下面流程生成:步骤3-1-1,初始化Face_Insert和Total_Insert,Face_Insert=(A*5)/T,用于记录每个面片输入的光线数量,A是聚光器口径面面积,T是三角元平面单元的总数;Total_Insert用于记录整个三角元拼合膜面的输入光线点位置;步骤3-1-2,初始化变量I=1;步骤3...
【专利技术属性】
技术研发人员:季祥,郑飞,王海红,李鹏,郑涛,芮喜,任星,张峰斌,
申请(专利权)人:西安电子科技大学,
类型:发明
国别省市:陕西,61
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