圆锥面太阳聚光器的理论研究与设计

对聚光器为圆锥面、接收器为圆柱面的太阳能集热器的性能进行了研究.导出了单锥面聚光器的聚光比和跟踪精度的计算公式,给出了接收器上的照射长度以及接收器表面聚光比分布的数学表达式,并对聚光比、跟踪精度、材料利用率等方面进行了详细的分析,结果表明从聚光比、材料利用率及跟踪精度等方面来考虑,45°是单锥面聚光器的最佳半顶角.分析了单锥面集热器存在的采光面积与聚光比和接收器长度之间的矛盾,进而提出了多锥面组合聚光器;多锥面组合聚光器能在接收器长度一定的情况下增加采光面积、提高聚光比,克服了单锥面聚光器的矛盾,并且具有设计上的灵活性.     

碟式太阳能聚光器气动特性和最大风压分布仿真分析

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用流体控制方程建立了碟式太阳能聚光器流场模型,并将计算得到的流场流速和压力再加载耦合到碟式太阳能聚光器前后表面,对碟式太阳能聚光器气动特性和风压分布进行仿真分析.结果表明:1风速对碟式太阳能聚光器表面中心区域最大风压影响很大,应适当提高碟式太阳能聚光器中心处的强度和刚度;2碟式太阳能聚光器的升力、阻力、侧向力和最大表面风压随风速增加而增加,且最大表面风压增加幅度尤显明显,但是风力系数随风速变化甚微;3不考虑流固耦合作用时碟式太阳能聚光器的升力系数、阻力系数、侧向力系数和最大表面风压的计算值存在较大的误差,在之后的计算中,应考虑流固耦合作用;4碟式太阳能聚光器表面最大风压随高度角和方位角的变化复杂,高度角为0°、方位角为45°姿势时达到最大.     

用蒙特卡罗法模拟积分球的光传输时间特性

运用蒙特卡罗法原理,用Matlab软件编程,通过随机抽样,追迹了100 000个光子,对一半径为100mm,漫反射率为0.85的积分球的光传输时间特性进行了仿真分析.结果显示:积分球对入射光脉冲具有展宽作用,当入射光为脉宽无限窄的理想脉冲时,积分球的出射光能量波形符合指数曲线规律.对模拟数据进行指数拟合,得到了各拟合系数及相关系数.在此基础上对方波函数的输出响应进行模拟,得到了分段指数曲线,进一步验证了积分球对脉冲的展宽作用.两种情况下拟合的时间常数基本一致,拟合的相关系数大于0.97.     

基于大涡模拟的平屋顶槽式聚光器组风压分布研究

通过大涡模拟对屋顶槽式聚光器组的风压分布规律展开研究，并将数值模拟结果和风洞试验结果进行对比，验证了大涡模拟结果的准确性.对9个平屋顶聚光器组成的镜群在0°仰角工况下的风压分布进行模拟，得到平屋顶聚光器组在不同风向角下的最不利位置及其风压系数的分布规律. 结果表明，正风向下，屋顶靠近来流风上游的一排聚光镜承受了绝大部分的风荷载，中间及后排的聚光镜风压系数为前排的8.75%；斜风向下，后排聚光镜的最大风压系数为前排聚光镜的17.6%；屋顶的角落位置为聚光器组的最不利位置，所得结论可为平屋顶槽式聚光器的群组结构抗风设计提供理论依据.     

基于混合因素均匀设计的槽式聚光器结构优化

为控制槽式聚光器的成本,以镜面位移和杆件应力为约束条件,以主三角桁架和拉翅的截面尺寸为连续变化的定量参数,拉索初拉力为状态变化的定性参数,采用均匀设计法对聚光器进行了优化.根据优化得到的参数取值,采用BIM(Building Information Modeling)技术进行槽式聚光器三维模型的建立,并依据模型包含的钢材种类、数量、长度、质量等信息进行钢材成本的计算.结果表明:均匀设计法可以用于含有定性和定量因素的聚光器结构优化,在满足既定约束条件下聚光器的钢材成本可降低10.32%,用钢量可减少11.86%,优化效果较好.本文提出的方法对于同时包含定量参数和定性参数的复杂优化问题具有一定参考价值,借助于聚光器三维BIM信息模型对钢材成本的计算,进一步证明了该优化方法的可行性.     

基于ANSYS的槽式太阳能桁架支撑结构数值分析

利用ANSYS有限元软件建立模型,根据桁架式聚光器的实际工况进行结构静力学仿真分析,并对该模型进行模态分析研究,得出影响聚光器结构和工作性能的共振频率值.同时应用ANSYS优化模块对桁架杆的尺寸进行优化,在满足设计要求的范围内,使桁架式支撑结构的重量达到最优值,既能实现产品正常性能,又能降低企业生产成本.     

钣料正反胀形过程仿真及加压曲线优化

对圆筒形凹模约束的钣料正反胀形过程进行仿真,分析了成形过程工件形状变化及壁厚分布状况,通过仿真预测最大应变速率控制压力载荷变化,实现筒形件正反胀形加压曲线的优化.     

基于恒风速虚拟风洞实验的碟式太阳能聚光器风动载荷

针对碟式太阳能聚光器最佳避风姿势问题,采用恒风速虚拟风洞实验方法对不同姿态和不同风速下的碟式太阳能聚光器风动载荷进行仿真分析。研究结果表明:在靠近来流方向处碟式太阳能聚光器总压力较大,而远离来流方向处其总压力相对较小,且碟式太阳能聚光器反射面的最大压强随恒风速的增大而不断增加;当风速由v=15 m/s增大到v=25 m/s时,碟式太阳能聚光器所受风力和风力矩的最大幅值至少增加了110%。     

面向刚度曲线的汽车前保险杠缓冲块优化设计

汽车前端结构刚度的合理设计可以有效改善行人保护性能,以刚度曲线为目标,利用结构优化方法对保险杠缓冲块进行了结构优化设计。对某乘用车前保险杠进行冲击实验,建立前保险杠与刚性柱碰撞的有限元模型,对比仿真和实验得到的刚度曲线,验证了有限元模型的准确性。为了使保险杠区域的刚度曲线达到理想刚度曲线的要求,以缓冲块的材料刚度和几何形状作为设计变量,将保险杠刚度曲线与理想刚度曲线所围成的面积最小化作为目标,采用自适应响应面法进行优化求解。结果表明,优化后的材料刚度和几何形状所对应的保险杠刚度曲线与理想刚度曲线比较接近,能够满足行人保护的要求。     

光电效应实验的计算机仿真设计

基于Visual C++语言对光电效应实验进行了计算机仿真.该仿真实验能够实现如下功能:(1)可以调整入射光强度、入射光波长(频率)、极板间电压大小,并及时给出实验结果的变化;(2)可以正确演示光电效应的基本规律;(3)可以显示光电流与电压之间、光电流与光强度之间以及光电子最大初动能与光频率之间的关系曲线;(4)提供该仿真程序的主要源代码,并鼓励学生去修改、完善、演示该仿真实验.     

一种CPC型热管式太阳能集热器的实验研究

将复合抛物面聚光器（CPC）和热管平板式集热器相结合，研究了一种以平面形吸热板为接收器的CPC型热管式太阳能集热器．采用碘钨灯模拟太阳光辐射，在不同辐射强度下，对CPC型热管式太阳能集热器和普通热管平板式太阳能集热器的集热温度、瞬时效率、平均效率及平均热损系数等热性能进行了对比实验研究．研究结果表明：与普通热管平板式太阳能集热器相比，CPC型热管式太阳能集热器不但提高了集热温度和集热效率，而且降低了热损失．这一研究结果为太阳能集热器的进一步发展提供了有意义的参考．     

集热器对太阳能喷射制冷系统性能的影响

采用寿命期性价比对单、双层盖板平板集热器、全玻璃管、热管真空管及CPC聚焦型集热器对喷射式制冷系统的性能影响进行了评价,并与采用设计工况性价比指标的评价结果进行对比分析。结果表明,寿命期性价比评价指标考虑了太阳辐射与气温变化,比设计工况性价比评价指标更全面、更符合实际情况;双层盖板平板集热器用于太阳能喷射式制冷系统,寿命期性价比最优;CPC聚焦型太阳能集热器热性能最优,在相同制冷量下,所需集热面积最小,可节省安装空间。     

三维两级式太阳光集光器

文章介绍两级式集光器的集光原理和设计理论，概述三维两级式太阳光集光器的国际研究现状和发展趋势。通过理论分析，将各种文献中有关三维两级式太阳光集光器总集光率的不同表述统一为一个公式，并以此为基础，探寻提高三维两级式太阳光集光器总集光率的有效途径和方法，为太阳能的有效利用提供理论依据。     

太阳光泵浦固体激光器的设计

提出了一种太阳光端面泵浦固体激光器设计方案.采用成像光学与非成像光学相结合的方法,以菲涅尔透镜结合复合抛物面聚光器对太阳光进行聚焦.实验表明:设计方案可以实现对太阳光的跟踪,保证入射太阳光垂直于系统入射面,使太阳光有效会聚于激光工作物质.分析激光器各能量转换环节,讨论了影响太阳光到激光能量转换效率的影响因素.     

新型平板式集热器的设计和性能

设计了一种易与建材形成一体的平板式太阳能集热器．该集热器的芯板和外框采用耐腐蚀铝合金，挤压成型，无焊接点，抗腐蚀性极好；结构比较薄，质量轻，整体性和刚度较好；各部件间采用非永久固定接合，给安装、拆卸、维修和更换带来很大便利；太阳能吸收面采用高吸收率微细复合涂料．测试结果表明，该集热器的平均集热效率在50%以上．     

全玻璃真空管太阳能水蒸气集热系统实验研究

设计了一种使用全真空玻璃集热管、简化CPC(非追踪式复合抛物线聚光板)集热板和金属换热套管组合的中温太阳能水蒸气集热系统.系统由60个集热单元串联而成,每个集热单元包括简化CPC集热板、全真空玻璃集热管和换热套管三部分,在全真空玻璃集热管和换热套管之间填充了一种高导热性能固液混合型导热介质增强其导热性能.研究了系统的集热性能和天气条件、集热单元级数等不同工况对系统集热性能的影响.实验结果表明:该系统能够获得200℃的高温蒸汽,集热效率达到0.332,表现出优异的集热性能,是一种有工业应用前景的太阳能水蒸气集热器,为将该高温太阳能集热器用于更广阔的领域提供了设计基础.     

Application of entransy theory in the heat transfer optimization of flat-plate solar collectors

The flat-plate solar collector is an important component in solar-thermal systems, and its heat transfer optimization is of great significance in terms of the efficiency of energy utilization. However, most existing flat-plate collectors adopt metallic absorber plates with uniform thickness, which often works against energy conservation. In this paper, to achieve the optimal heat transfer performance, we optimized the thickness distribution of the absorber with the constraint of fixed total material volume employing entransy theory. We first established the correspondence between the collector efficiency and the loss of entransy, and then proposed the constrained extreme-value problem and deduced the optimization criterion, namely a uniform temperature gradient, employing a variational method. Finally, on the basis of the optimization criterion, we carried out numerical simulations, with the results showing remarkable optimization effects. When irradiation, the ambient temperature and the wind speed are 800 W/m², 300 K and 3 m/s, respectively, the collector efficiency is enhanced by 8.8% through optimization, which is equivalent to a copper saving of 30%. We also applied the thickness distribution optimized for wind speed of 3 m/s in heat transfer analysis with different wind speed conditions, and the collector efficiency was remarkably better than that for an absorber with uniform thickness.     

太阳能高效集热智能跟踪控制系统研究

研究设计了一种太阳能空气采暖自动控制系统.该系统以AT89C52单片机为核心,具有叶片集热板自动跟踪功能控制、冬夏季功能转换和主被动功能转换,并可根据需要设定系统运行参数,系统在天气变化比较复杂的情况下能够遵循设定模式正常工作,有效地提高太阳能的利用效率.     

基于ARM的无线抄表系统的软件设计

讨论了一种基于ARM的无线抄表系统的软件设计方法,遵循模块化的设计思想,分采集器、集中器和监控中心三个层次,其中运行于采集器和集中器之间的程序采用C语言编写,经过ARM编译系统生成可执行程序,运行于LPC2138中。监控中心软件由Visual Basic 6．0开发．数据采用SQL Server数据库存储。同时,软件采用了结构化的设计,使系统便于完善和维护。