外掠横风下槽式聚光器应力与变形特性研究
                                           颜 昭，肖 洪，曹 飞，朱天宇，吴鹏程
                                      (河海大学机电工程学院，江苏  常州 213000)
     以槽式太阳能聚光器为研究对象，设计了一种新型结构的槽式太阳能支架。利用ANSYS Workbench软件对聚光器进行流固耦合数值模拟，得到聚光器在正常工作最大风速6级风作用下不同工况下变形、等效应力和拉应力安全系数等数据，结果表明：新型支架在各工况下变形都很小；拉应力安全系数远远大于零；新型聚光器的工作角度为30°时是最差工况；风向与主光轴的夹角越大，镜面上的压力分布越向离风近的一侧集中。


    由于太阳能能流密度低，在规模化光热发电系统当中必须用到聚光器，目前线性聚光系统中槽式聚光器热发电是比较成熟的热发电技术。聚光器是槽式太阳能热发电站中重要的组成部分之一，聚光器主要由聚光器支架、抛物面镜面和真空集热管组成，其工作原理为：平行太阳光经过抛物面镜面反射后，聚焦到真空集热管并加热管中的工质，为热发电的集热系统提供热源或者为汽轮机提供高温蒸气［1］。目前槽式聚光器支架主要分为扭矩盒式和扭矩管式［2］：扭矩盒式聚光器组成材料为碳钢，碳钢阻尼特性差，在风的作用下易发生振动，从而降低聚光器的聚光效率；扭矩管式聚光器质量大，安装复杂，增加了工人的劳动强度。
    聚光器在户外工作，不可避免地受到自然界的影响，其中风对聚光器的影响尤为显著。湖南大学的宫博等［3］对定日镜模型进行了风洞试验研究，通过分析得到了镜面板风压系数随风向角的变化规律；华南理工大学的管勋［4］对聚光装置的载荷进行分析，从理论上推导了聚光装置的风载荷计算公式。这些研究仅仅是针对单一量，缺点是当多个量同时对物体起作用时，单一量的研究显然不能满足人们的需求。而对两个或两个以上工程学科(物理场) 间相互作用的分析，就是耦合场的分析［5］，采用合适的耦合分析方法可以得到比较精确的令人满意的结果。研究聚光器在风载荷下的结构特性就是对耦合场进行分析，通过流固耦合分析，可以得到聚光器结构强度及刚度较为准确的数值，为其结构优化和运行维护提供有利依据。

1聚光器的风场模拟
    结合前人研究成果提出一种新型的槽式聚光器，新型聚光器与传统槽式聚光器如图1所示。

图1新型聚光器与传统槽式聚光器示意图

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基金项目：国家自然科学基金资助项目（51506043）；江苏省科技资助项目(BE2013070）
作者简介：颜昭（1991—），男，湖北大悟人，河海大学机电工程学院硕士研究生，主要研究方向为太阳能利用设备。


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