基于CFX太阳能追日器风载仿真

【摘要】：太阳能追日器是聚光太阳能发电系统中最重要的设备之一,风载荷是太阳能追日器结构所承受的最主要载荷,因此,对于聚光太阳能发电系统中太阳能追日器在各种风力载荷条件下工作状态以及提高其抗风能力的研究,历来受到电站设计人员的重视。 太阳能追日器的结构比较特殊,迎风面一般为可旋转的平板,属于非流线型结构,空气动力学性质差,对风流动表现为钝体形状,对风作用的敏感性很强。确定该结构的风载除了通常采用风洞实验之外,结构流体动力学数值仿真技术为结构的抗风研究提供了一种新的方法。物体的风载系数又称为体型系数,与物体的形状和雷诺数有关。对非流线型结构的物体而言,雷诺数为常数,风载系数仅和物体形状有关。对太阳能追日器进行风载计算的关键是要知道该物体的风载系数。 本文基于CFX流体动力学分析软件,建立了太阳能追日器有限元风载分析模型,计算了太阳能追日器结构的平均风力系数和风力矩系数和追日器风流场和压力分布；重点研究了追日器结构风力系数和风力矩系数随风向角的变化规律；在有效迎风面积相同的情况下,分析比较了追日器长宽比、结构高度和组件安装间隙等不同结构设计参数对风力系数和风力矩系数的影响；分析了不同安装中心点位置时风载大小,验证了已有研究中风力和风力矩计算公式。本文对太阳能追日器的结构设计和提高其抗风能力的研究具有一定的理论指导意义。 【关键词】：CFD 太阳能追日器 CFX 风力系数
【学位授予单位】：武汉理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK513.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-7
• 目录7-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题研究背景9-12
• 1.2 课题研究目的和意义12
• 1.3 国内外研究现状12-15
• 1.3.1 计算风工程国内外研究现状12-14
• 1.3.2 太阳能追日器受风影响的国内外研究现状14-15
• 1.4 论文研究的目标和主要内容15-17
• 1.4.1 研究目标15
• 1.4.2 研究内容15-17
• 第2章 风的流动特性17-25
• 2.1 风的特征17
• 2.2 平均风速剖面17-18
• 2.3 基本风压18-19
• 2.4 风力计算公式19-21
• 2.5 脉动风的主要属性21-23
• 2.5.1. 湍流强度21-22
• 2.5.2. 湍流积分尺度22-23
• 2.5.3. 阵风系数23
• 2.6 风绕太阳能追日器的流动规律23-25
• 第3章 风的流体特性及数值模拟25-30
• 3.1 流体力学的基本方程25-26
• 3.2 湍流的数值模拟方法26-30
• 3.2.1 直接数值模拟26-27
• 3.2.2 大涡模拟27-28
• 3.2.3 Reynolds平均法(RANS)28-30
• 第4章 模型数值仿真过程30-35
• 4.1 建立模型30-31
• 4.2 划分网格31-32
• 4.3 设置边界条件32-33
• 4.4 设置求解参数33-34
• 4.5 仿真结果后处理34-35
• 第5章 太阳能追日器风载仿真的研究35-59
• 5.1 平板结构的风力系数35-38
• 5.2 不同角度时平板的风力系数38-47
• 5.2.1 阻力系数40-41
• 5.2.2 升力系数41-42
• 5.2.3 侧力系数42-43
• 5.2.4 翻滚力矩系数43-44
• 5.2.5 方位力矩系数44-46
• 5.2.6 俯仰力矩系数46-47
• 5.3. 模型高度和风力系数的关系47-51
• 5.4 结构长宽比和风力系数的关系51-53
• 5.5. 间隙对平板类结构风阻力的影响53-57
• 5.6 转轴位置对追日器风载的影响57-59
• 第6章 总结与展望59-61
• 6.1 全文总结59
• 6.2 工作展望59-61
• 参考文献61-64
• 致谢64

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