太阳能热发电中的光能传递模拟

【摘要】：太阳能热发电是一种清洁、可再生能源获取技术,它通过定日镜场将太阳光汇聚到接收器,从而将光能转化为热能进行发电。针对其中的光能传递高效模拟问题,本文提出了一个高效、准确且适应性强的大规模太阳能热发电定日镜场模拟系统。该系统通过对太阳光源进行建模,使用消隐算法对镜场中每一个镜面上的阴影进行预计算,同时对镜面的微表面反射模型进行优化,利用蒙特卡洛光线跟踪准确计算接收器在镜场中的接收效率。上述算法以大规模并行的方式在CPU和GPU上实现,并根据CPU和GPU不同的特点进行了细节优化,以充分发掘CPU多线程单指令多数据流的并行性以及GPU上CUDA大规模并行计算的能力,从而适应不同的计算机硬件平台。实验结果表明,此模拟系统可以胜任大规模数据与计算的实时模拟需求,对定日镜场的设计布局优化和收集能量效率进行准确的估计预算。 【关键词】：太阳能热发电 定日镜场 阴影 微平面反射模型 蒙特卡洛光线跟踪 图形处理器 单指令多数据集
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM615
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-10
• 第1章 绪论10-23
• 1.1 课题背景10-12
• 1.1.1 能源现状10-12
• 1.2 太阳能热发电12-22
• 1.2.1 太阳能发电特点12-13
• 1.2.2 太阳能热发电分类13-18
• 1.2.3 太阳能热发电国内外研究现状18-20
• 1.2.4 太阳能热发电模拟工作现状20-21
• 1.2.5 本文的主要工作21-22
• 1.3 本章小结22-23
• 第2章 太阳定位与定日镜场建模23-33
• 2.1 太阳跟踪方式建模23-29
• 2.1.1 太阳位置计算建模23-25
• 2.1.2 太阳形状建模25-27
• 2.1.3 太阳辐射强度27-29
• 2.2 定日镜建模29-32
• 2.3 本章小结32-33
• 第3章 定日镜阴影面积的计算33-38
• 3.1 遮挡与屏蔽33
• 3.2 特定定目镜场的改进消隐算法33-37
• 3.2.1 算法流程34-35
• 3.2.2 分离轴定理35-36
• 3.2.3 二维平面的多边形布尔运算36-37
• 3.3 本章小结37-38
• 第4章 定日镜反射光线跟踪模拟38-51
• 4.1 蒙特卡洛光线跟踪38-41
• 4.1.1 太阳能热发电模拟系统建模39-41
• 4.2 光源计算41-44
• 4.3 辐射能量计算44-46
• 4.3.1 气象学辐射模型44-46
• 4.3.2 余弦效应46
• 4.3.3 大气衰减因子46
• 4.4 定日镜反射建模46-49
• 4.4.1 双向反射分布函数46-47
• 4.4.2 微平面反射模型47-49
• 4.4.3 反射模型反射光辐射度计算49
• 4.5 本章小结49-51
• 第5章 基于CPU与GPU的算法实现51-65
• 5.1 CPU实现51-57
• 5.1.1 单指令多数据流51
• 5.1.2 基于SIMD的3DDDA算法51-54
• 5.1.3 多线程SIMD的kd树空间分割结构54-57
• 5.2 GPU实现57-64
• 5.2.1 CUDA58-59
• 5.2.2 实现细节59-64
• 5.3 本章小结64-65
• 第6章 结果显示与评估65-78
• 6.1 演示程序65-68
• 6.1.1 定义定日镜场信息65-67
• 6.1.2 定义太阳信息67-68
• 6.1.3 镜面网格和采样设置68
• 6.2 运行结果68-73
• 6.2.1 阴影预处理68-69
• 6.2.2 接收器接收辐射量69-70
• 6.2.3 定日镜场有效辐射量年效率70-71
• 6.2.4 时间变化对镜场效率的影响71-72
• 6.2.5 接收器的能流显示72-73
• 6.3 结果对比73-77
• 6.3.1 单定日镜面结果与性能对比74-75
• 6.3.2 全定日镜场结果与性能对比75-77
• 6.4 本章小结77-78
• 第7章 结论与展望78-80
• 7.1 总结78
• 7.2 展望78-79
• 7.3 本章小结79-80
• 参考文献80-84
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果84-85
• 致谢85

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

太阳能热发电技术    张耀明;

一个有效的多边形裁剪算法    鲍虎军，彭群生

太阳能热发电及其聚光装置的现状与比较    金晓雷;王培红;

太阳能开发利用的现状及发展趋势    高峰,孙成权,刘全根

太阳能利用的发展概况和未来趋势    赵玉文

杀爆战斗部虚拟实验中实时连续碰撞检测算法研究与实现    沈贤平

高性能塔式太阳能定日镜控制系统研究    刘化果

太阳电池应用和研究的发展    魏凤;朱宝玉;张晓黎;辛礼;

大型太阳能电站设计与安装    杜佳军;王晛;

三维模型轮廓线探测技术的研究与实现    夏旺盛,黄心渊

虚拟场景中路径自动选择算法    施斌;刘惠义;赵建平;年福纯;

三维地形可视化及其实时显示方法概论    张俊霞

关于WireFusion中实现物体间碰撞检测的研究    唐士亮;王凤禄;李笑涛;

虚拟现实技术在复杂场景中漫游的应用    沈萦华,徐先良,赵志军,石民勇

一种快速真实感人脸绘制的方法    孔德慧;李丽岩;尹宝才;

基于Creator与Vega Prime的虚拟奥运场馆漫游系统    高荣华;尹宝才;孔德慧;张勇;司慧琳;

图形硬件加速的实时阴影生成方法    杨兵,战守义,李凤霞,郑福仁

光电经纬仪三维视频模拟仿真系统及遮挡效果的实现    盛磊;于晓波;刘旨春;高策;

丘陵山区太阳能利用现状和发展趋势    王海军;祝诗平;

三维模型检索和逼真显示功能在可视媒体平台的实现    申伟;苗振江;万丽莉;

绿色汽车的构想    李海燕;孟文俊;

虚拟变电系统中实时渲染算法的研究与应用    赵娅;刘贤梅;解红涛;梁金钤;

我国能源及新能源利用现状及发展趋势    朱国才;

基于OpenGL的建筑物虚拟漫游技术研究与实现    李海;于文莉;张守祥;

点在四边形内判定算法研究及其在仿真中的应用    郑长伟;薛青;于屏岗;任晓明;

真实感图形绘制技术的应用研究    谢晓玲;李玉翠;

大规模复杂场景的交互绘制技术    崔雪峰;王林旭;王珏;

地震体数据可视化与分析研究    华岗

真实物体表面细节属性建模与映射技术研究    韩慧健

有机基太阳能电池中有序结构材料及其界面和性能    杨志胜

中国地面太阳辐射长期变化特征及短期预报方法研究    马金玉

分布式发电条件下配电系统保护原理研究    孙景钌

面向个性化定制产品的人像三维建模技术及其应用研究    李丽

面向五轴高效铣削加工的刀具可行空间GPU计算与刀具方向整体优化    毕庆贞

蚁群觅食仿真和动画的研究    孟志刚

放射治疗计划系统关键技术研究    李建东

嫦娥1号卫星激光高度计（LAM）数据的全月球虚拟现实构建    刘洪利

虚拟服装网格模型切割及参数化算法研究    金耀

基于分形的花式线及其织物外观效果模拟的研究    郭炜杰

数字服装边界提取与编辑研究    石尖锋

基于GPU加速的真实感渲染系统研究与实现    谭洪颂

反走样技术和滤波技术在地图可视化表达中的应用    吕艳

三相光伏并网发电系统研究    雷家宁

金属空气燃料电池聚合物电解质的合成    刘毅

一种新型的太阳能光伏发电控制系统的研究    刘凤龙

地理信息系统海量三维对象渲染研究    王锡普

基于机器学习方法的彩色体数据可视化研究    梁丹

太阳能热发电技术    纪献兵;蒲绍选;谢建;李云苍;刘滔;

单轴太阳能跟踪系统的研究    樊峰鸣,马良涛

DCS与PLC控制系统的特点分析    周学慧,袁奕,罗永涛

太阳能热发电的分析与思考    李斌,李安定

槽式太阳能热发电技术研究现状与发展    罗智慧;龙新峰;

太阳能自动跟踪系统的研究    陈向军;潘宇;于荣金;

太阳能——21世纪的主要能源    魏铭炎

太阳能热力发电技术进展    冒东奎

基于并联球面机构的太阳跟踪装置研究    张顺心,宋开峰,范顺成

太阳能发电系统现状及发展趋势    张晓霞;侯竞伟;殷攀攀;张国;

太阳能热发电    王乃粒;

2008太阳能热发电技术三亚国际论坛召开    

我国研制出世界首台太阳能热发电站仿真机    

以、美太阳能热发电技术    柳地;

太阳能热发电七问    鹏飞;

太阳能热发电首部国家标准即将颁布    

光热发电:商业化启程    杨海霞;

全国太阳能标委会在北京召开太阳能热发电术语审定会    

我国光热发电从幕后走向台前    高峰;

大唐天威甘肃矿区10MW太阳能热发电试验示范项目开工    鹏飞;

用于太阳能热发电的Al_2O_3/ZrO_2(Y_2O_3)纳米复相陶瓷的制备及性能研究    徐晓虹;焦国豪;吴建锋;赵芳;方斌正;

槽式太阳能集热发电系统发展状况    张同伟;

用于太阳能热发电输热管道的红柱石基复相陶瓷的研究    吴建锋;冷光辉;徐晓虹;刘升升;

太阳能热发电用氧化铝基复相陶瓷抗热震性及EPMA分析    吴建锋;焦国豪;徐晓虹;方斌正;冷光辉;赵芳;

用于模拟作物冠层辐射传输过程的并行光线跟踪器的设计    孔娅;劳彩莲;曹素云;

太阳能热发电用莫来石-堇青石复相陶瓷低温制备与性能研究    徐晓虹;马雄华;吴建锋;张锋意;徐瑜;陈旭秋;

渲染引擎的渲染算法探讨    杨为邦;王维;江国焰;

一种复杂目标RCS估计的快速仿真方法    李蔚清;苏智勇;杨正龙;吴慧中;

零数据置换时间开销的多媒体扩展体系    秦兴;

基于MPI的光子映射算法并行化    陈皓;罗月童;刘晓平;

“太阳能热发电研究及产业基地”在山东潍坊奠基    

太阳能热发电核心技术实现国产化    记者 齐慧　实习生 柴洁

槽式太阳能热发电核心技术获突破    陈国春

国内最大太阳能热发电项目落户内蒙古    记者 王薇薇

太阳能热发电将掀新一波投资潮    本报记者 钟银燕

国内最大太阳能热发电项目即将招标    于达维

海南可成太阳能热发电技术研究基地    记者 郭景水　卓上雄 实习生 石挺恋

太阳能热发电“抢位赛”    本报记者 吴林

柴达木首个太阳能热发电项目开展前期工作    通讯员 李莎莎

鄂尔多斯要建国内首个 槽式太阳能热发电项目    记者 戴宏

燃料化学能与物理能综合梯级利用的热力循环    洪慧

基于光线跟踪的真实感全局光照问题研究    周鹏

太阳能辅助燃煤发电系统耦合机理与热力特性研究    崔映红

真实感机织物三维效果模拟显示的研究    王跃存

基于蒙特卡罗光线跟踪方法的植物三维冠层辐射传输模型    劳彩莲

太阳能热发电莫来石—堇青石复合陶瓷管道材料的制备及性能研究    马雄华

活体小动物自由空间荧光分子成像研究    傅建伟

太阳能辅助燃煤发电系统热力特性研究    阎秦

大规模装配场景仿真关键技术研究    殷明强

基于光子映射的虚拟现实真实感渲染算法研究    陈皓

太阳能热发电中的光能传递模拟    鲍鹏

塔式太阳能热发电蒸汽系统建模与控制    李雅哲

槽式太阳能热发电系统性能分析    田素乐

碟式太阳能热发电蒸汽温度与压力控制系统研究    吴光波

太阳能热发电蓄热系统控制策略的研究    薛颖

碟式太阳能热发电装置跟踪控制系统设计与研究    刘贤群

塔式太阳能热发电站的混杂系统建模与仿真    赵敏

槽式太阳能热发电系统中聚光装置的结构分析与优化    管勋

槽式太阳能热发电系统热性能研究    张民幸

太阳能热发电储热陶瓷锅炉材料的研究    邹世轩