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摘 要

在槽式太阳能热发电系统中，聚光集热技术是其热发电系统的核心技术。聚光器组由反射镜、支架结构、跟踪驱动系统等部分组成，其中聚光器支架结构是整个太阳能热发电系统的主要承载部件，它起到连接、支撑各部件的作用，同时也承受着传给它的各种力和力矩，必须有足够的强度和刚度以保证结构的可靠性和寿命。此外，支架的重量要尽量减轻，以减轻整体的重量，从而降低成本。主要取得了如下研究成果和结论:

首先，介绍了几种典型的聚光器支架结构，分析各自的结构特点，并选择其中一种作为本文研究的基础模型，然后对这个结构进行了静态分析其结果作为优化后的性能对比做准备。

其次，利用Ansys的优化模块，以结构的柔度最小为目标，优化后的形状为约束，得到了一些重要的结论。在此基础上根据可制造化处理原则结合制造工艺要求对优化结果进行了可制造化处理，并得到了一个新的支架结构。

最后，对可制造化处理后的新结构进行了有限元分析，其强度和刚度都得到了提高，随后对支架的截面尺寸又进行了优化，取得了较好的轻量化效果，从而进一步说明了拓扑优化设计的准确性、可靠性及现实意义。

本文说明了如何利用Ansys对典型的聚光器支架进行优设计，同时对其它产品优化设计提供了有价值的参考，具有良好的经济价值和社会效益。

关键词：槽式太阳能，聚光器，有限元分析，优化

Optimization design of large parabolic trough concentrator

Abstract

In the trough solar thermal power generation system, the heat collecting technology is the core technology in thermal power generation system. Condenser group consists of mirror, a support structure, trace driven part of the system, the condenser support structure is the main load-bearing of the solar thermal power generation system, it connects, supporting the role of the various components, but also bear to the various forces and moments of it,must have sufficient strength and rigidity to ensure the reliability and life of structures. In addition, the weight of the bracket to minimize can reduce the overall weight, thereby reducing the cost. We obtain the following results and conclusions:

Firstly, introduces several typical support structure, analysis of the structure characteristics of each, and chooses one of them as the basic model of this paper,then it static analysis as a result of which the optimized for performance comparison.

Secondly, by using the Ansys module, with the goal of minimum structural flexibility, the optimized shape for the constraint, some important conclusions are obtained. On the basis of manufacturing processing principle and manufacturing process requirements for optimum results are of nature, and get a new support structure.

Finally, the new structure of nature after treatment were analyzed by finite element analysis, its strength and stiffness are improved, then the sectional dimensions on the bracket and is optimized, lightweight made good effect, which further illustrates the topology optimization design of the accuracy, reliability and practical significance.

The paper explains how to use Ansys for optimal design of condenser support typical, and valuable reference for other products design, and has good economic value and social benefit

Keywords: Parabolic Trough Solar, Collector, Optimization, Finite Element Analysis

目录

摘要 I

第一章 绪论 V

1.1 背景及研究意义 V

1.2 国外研究现状 VI

1.3 国内研究现状 IX

2.1 工作原理 12

2.2 槽式太阳能热发电系统的组成与特点 13

2.2.1 聚光集热器 13

2.2.3 发电装置 15

2.2.4 蓄热和辅助能源装置 15

2.3 太阳能热发电系统的发展趋势 16

3.1 ＡＮＳＹＳ的介绍 17

3.2 几何模型 18

3.2.1 抛物线 18

3.2．2 抛物线的弧长 18

3.3 槽式聚光装置的结构组成 19

3.4槽式聚光装置的建模 20

3.4.1建模时的简化原则 20

3.4.2 支架建模 20

3.4.3 反光镜建模 21

3.4 载荷分析 23

3.4.1风载荷介绍 23

3.4.2 伯努利方程 24

3.4.3 风载荷大小的确定 25

3.5 自重 27

第四章 聚光装置的静力学分析 28

4.1 静力学分析原理 28

4.2 聚光装置的有限元静态分析 28

第五章 基于最佳工作性能的聚光装置结构优化 31

5.1 结构优化设计理论 31

5.2 形状优化 31

结论与展望 34

结论 34

展望 35

参考文献 36

第一章 绪论

1.1 背景及研究意义

近年来，全球气温持续变暖、石油价格飘升且已濒临枯竭、环境恶化天灾四起，能源资源短缺严重制约人类社会发展，这已经成为人类社会不可回避的问题。许多国家出于自身战略考虑都将目光投向清洁无污染的新能源:核能、风能、地热能、生物能、太阳能以及潮汐能等等。在哥本哈根全球气候大会的背景下，中国也提出了节能减排的目标。发展环境友好性社会，提倡节能减排、绿色环保，建立资源节约型社会，大力发展可再生能源和新能源，且已置于我国经济发展的战略地位^[1]。

为满足人类社会可持续发展以及人类对能源日益增长的需要，防止和石油天然气等传统化石能源对自然和人居环境造成的严重污染和生态破坏，必须走可持续发展的能源道路，即是利用好可再生能源。我国由于地缘辽阔，可再生能源分布广泛，资源丰富，因而只要做到因地制宜、就地开发可再生能源，将是调整能源结构、保护环境、增强能源安全、实现可持续发展的战略选择。

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