50MW级槽式太阳能集热器支架在风荷载下的动态性能研究

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伴随着经济的发展,不可再生能源的消耗量持续增长,使得寻找新的能源已经成为全世界关注的问题,太阳能利用也越来越受到重视,太阳能热发电是太阳能利用的主要方向之一,目前实现商业化、标准化生产的是聚光类太阳能热发电。聚光类太阳能热发电是利用太阳能跟踪系统跟踪太阳运动,吸收太阳能转化为热能发电的系统。太阳能集热器跟踪系统的支架是跟踪系统部件中主要的承载构件。但是以往的研究主要集中在集热方面,对支架结构的研究是在优化设计之后进行静力分析,对结构动态特性的研究较少。本文就其风荷载下的动态性能进行研究分析,为支架设计提供参考。首先,建立支架有限元模型,对支架进行模态分析;对实际模型进行适当简化,选取支架所处的不同位置,在ANSYS中建立支架有限元模型,分析其模态参数及其随支架位置不同的变化规律。结果表明:支架的固有频率随聚光器旋转至不同位置的变化不大,自振频率低且密集。其次,选取最大迎风面位置,计算了结构的顺风向风振响应;在对结构进行风振响应分析之前,首先要获得风荷载时程样本数据,本文结合实际条件,选择数值模拟方法获得风荷载时程样本。根据随机振动理论,基于AR(自回归)模型,运用MATLAB编写风荷载时程模拟程序,获得抛物面的水平脉动风时程样本数据,并将其换算获得风荷载时程曲线。随后在ANSYS软件中将所得的风荷载时程数据施加到结构的抛物型反射镜表面上。经过瞬态时程分析,得到结构在风荷载下的响应。结果表明,结构在风荷载的作用下,支架主要发生了绕驱动轴的转动,低阶振型贡献较大,并且其在风荷载下的最大位移达到0.40216m;通过对应力的分析观察,得出:应力随时间会发生变化,但是最大应力值为6.58MPa,不会超过钢的屈服极限,在安全范围内。设计时主要考虑控制位移量。最后,对涡激振动的抛物面绕流做了初步分析;太阳能集热器反射镜集热板是抛物线形的,规范里没有明确给出此截面形状的有关参数。本文采用数值风洞方法,对最大迎风面位置在不同速度风场中的升力系数、绕流形态和漩涡脱落频率进行了模拟计算,分析得出:其升力系数相对较小,可以不考虑升力的影响;漩涡脱落频率随风速变化曲线比较接近直线,与斯托罗哈公式基本符合,并且其斯托罗哈数St=0.205,与圆柱的比较接近。支架结构最大迎风面的固有频率为漩涡脱落频率的整数倍,可能发生谐波共振,需要予以重视。
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