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槽式聚光镜风效应的CFD数值模拟

付康维  
【摘要】:风灾是主要的自然灾害之一,如何做好结构抗风设计、提高结构对风灾的抵抗能力已成为理论和工程界的热点问题。太阳能的利用是我国未来能源发展的重要方向,槽式聚光镜是一种在钢结构支撑下,可以实时进行方位角和仰角的调整,跟踪太阳的反射镜系统。使用过程中必须保证太阳光经反射后能准确无误投向收集用的集热管。而太阳能发电系统一般都位于比较空旷的场地,风力作用较大。槽式聚光镜系统的高度一般在10m以下,位于湍流度较高的近地面,而其形体一般为弧形,其风压分布较为复杂,对于此类形状的结构物的风压分布研究,国内外开展较少。由于槽式聚光镜镜面是较薄的抛物面,在风的作用下,聚光镜极易产生变形并影响其聚光精度。在强风作用下,定日镜还容易受到破坏。特别是对于一个由大量台数的聚光镜组成的太阳能热发电站来说,还必须考虑镜组之间的相互干扰效应。所以研究风对槽式聚光镜的作用,较为准确的确定槽式聚光镜镜面风荷载的分布情况,对于保证槽式聚光镜在正常工作中的抗风性和稳定性就显得尤为重要。 本文采用数值模拟方法对槽式聚光镜的典型工况进行数值模拟,包括28种单镜工况和4种0o风向角下的镜组工况,以获得测试镜表面风压及周围流场的分布情况。首先简要阐述了计算流体力学的基本理论及方法;然后,利用计算流体动力学软件FLUENT对槽式聚光镜模型进行了数值模拟计算,提出了可靠的模型、网格及相关参数的确定原则和方法。获得了槽式聚光镜镜面的平均风压系数和周围流场的分布规律,并将CFD模拟结果和风洞试验的结果进行对比,详细分析二者之间差别和差别产生的可能原因。验证了数值模拟结果的可靠性;在此基础上进行槽式聚光镜组的CFD数值模拟,选择0o水平风向角下不同仰角的工况进行CFD模拟,并综合单个聚光镜数值模拟计算的结果进行详细比较分析,获得镜组间相互干扰的流场特征及风压系数分布规律。


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