本發(fā)明屬于熔鹽發(fā)電裝置領(lǐng)域，尤其涉及熱流密度分析方法最優(yōu)解下的反射鏡扭矩管結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

在光場設(shè)備的施工過程中，需要借助軟件算法分析影響槽式集熱器的光學(xué)和能量轉(zhuǎn)化效率的各種因素，用以評估最優(yōu)的光場設(shè)備和施工建造成本，為不同形式集熱器或集熱回路的可行性提供依據(jù)。軟件算法的依據(jù)為蒙特卡洛法，即當(dāng)所求解問題是某種隨機事件出現(xiàn)的概率，或者是某個隨機變量的期望值時，通過某種“實驗”的方法，以這種事件出現(xiàn)的頻率估計這一隨機事件的概率，或者得到這個隨機變量的某些數(shù)字特征，并將其作為問題的解。而蒙特卡洛光線追蹤法，計算光線自入射到反射鏡、反射鏡反射后射到集熱管的過程。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)中的缺點，提供了熱流密度分析方法最優(yōu)解下的反射鏡扭矩管結(jié)構(gòu)。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

熱流密度分析方法最優(yōu)解下的反射鏡扭矩管結(jié)構(gòu)，包括集熱管、反射鏡和聚焦墊厚結(jié)構(gòu)，聚焦墊厚結(jié)構(gòu)為通過機械方法與反射鏡表面相連接的，所述聚焦墊厚結(jié)構(gòu)設(shè)置于集熱管朝向反射鏡的一側(cè)，所述聚焦墊厚結(jié)構(gòu)兩側(cè)端點a和b位于集熱管表面位置的確定方法如下所述：

步驟一、根據(jù)輸入的時刻、經(jīng)緯度、地基誤差計算太陽位置，確定入射角；

步驟二、確定入射的n條光線的陽光錐角；

步驟三、確定入射光在反射鏡上位置；

步驟四、聯(lián)立入射光方程y＝kx+b和反射鏡方程y＝(x+tp)^2/4p+c，求出入射點位置(x0,y0)，求導(dǎo)反射鏡方程得到該位置的切線的斜率k0，k0+m為考慮反射鏡制造誤差后的斜率，1/(k0+m)為反射鏡在該點的法線斜率，入射光與法線夾角等于反射光與法線夾角，以此計算出反射光斜率，由點線法，可求出反射光的幾何方程y＝k’x+b’；

步驟五、聯(lián)立反射光方程y＝k’x+b’和集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，求出的解為反射光入射到集熱管上的位置點坐標(biāo)；

步驟六、統(tǒng)計光線聚集程度，計算出集熱管上的熱流分布，將反射光打到集熱管上的坐標(biāo)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)(p，r)，極坐標(biāo)原點為集熱管中心，組成新矩陣(p,r,i’)，新矩陣與集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，相聯(lián)立即可求出聚焦墊厚結(jié)構(gòu)兩側(cè)端點a和b相對于集熱管的位置。

所述聚焦墊厚結(jié)構(gòu)的厚度為集熱管半徑的1/10-1/5。

所述集熱管位于反射鏡的集熱中心。

一種求解反射鏡扭矩管結(jié)構(gòu)中聚焦墊厚結(jié)構(gòu)位置的方法：按照下列步驟進行：

步驟一、根據(jù)輸入的時刻、經(jīng)緯度、地基誤差計算太陽位置，確定入射角；

步驟二、確定入射的n條光線的陽光錐角；

步驟三、確定入射光在反射鏡上位置；

步驟四、聯(lián)立入射光方程y＝kx+b和反射鏡方程y＝(x+tp)^2/4p+c。求出入射點位置(x0,y0)。求導(dǎo)反射鏡方程得到該位置的切線的斜率k0，k0+m為考慮反射鏡制造誤差后的斜率，1/(k0+m)為反射鏡在該點的法線斜率。入射光與法線夾角等于反射光與法線夾角，以此計算出反射光斜率。由點線法，可求出反射光的幾何方程y＝k’x+b’；

步驟五、聯(lián)立反射光方程y＝k’x+b’和集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，求出的解為反射光入射到集熱管上的位置點坐標(biāo)；

步驟六、統(tǒng)計光線聚集程度，計算出集熱管上的熱流分布。將反射光打到集熱管上的坐標(biāo)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)(p，r)，極坐標(biāo)原點為集熱管中心，組成新矩陣(p,r,i’)，新矩陣與集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，相聯(lián)立即可求出聚焦墊厚結(jié)構(gòu)兩側(cè)端點a和b相對于集熱管的位置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本結(jié)構(gòu)中的聚焦墊厚結(jié)構(gòu)位于集熱管朝向反射鏡的一側(cè)，處于集熱聚集的區(qū)域，加強了集熱管的管體結(jié)構(gòu)，由于聚焦墊厚結(jié)構(gòu)為通過機械方法與反射鏡表面相連接的，該結(jié)構(gòu)可拆卸的特性解決了集熱區(qū)域損壞不易更換的問題，使整個反射集熱結(jié)構(gòu)可長期穩(wěn)定運行和便于檢修更換。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明中入射光聚焦過程及入射點坐標(biāo)求解說明示意圖。

圖3為熱流密度分析方法(蒙特卡洛光線追蹤法)流程步驟示意圖。

圖4為反射鏡結(jié)構(gòu)集熱過程示意圖。

其中，1為集熱管，2為反射鏡，3為聚焦墊厚結(jié)構(gòu)，a、b為聚焦墊厚結(jié)構(gòu)兩側(cè)端點與集熱管連接點，極坐標(biāo)(p,r)為入射光通過反射鏡反射后到達(dá)集熱管的入射點坐標(biāo)。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體的實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述：

如圖中所示，熱流密度分析方法最優(yōu)解下的反射鏡扭矩管結(jié)構(gòu)，包括集熱管、反射鏡和聚焦墊厚結(jié)構(gòu)，聚焦墊厚結(jié)構(gòu)為通過機械方法與反射鏡表面相連接的，所述聚焦墊厚結(jié)構(gòu)設(shè)置于集熱管朝向反射鏡的一側(cè)，所述聚焦墊厚結(jié)構(gòu)兩側(cè)端點a和b位于集熱管表面位置的確定方法如下所述：

步驟一、根據(jù)輸入的時刻、經(jīng)緯度、地基誤差計算太陽位置，確定入射角；

步驟二、確定入射的n條光線的陽光錐角；

步驟三、確定入射光在反射鏡上位置；

步驟四、聯(lián)立入射光方程y＝kx+b和反射鏡方程y＝(x+tp)^2/4p+c。求出入射點位置(x0,y0)。求導(dǎo)反射鏡方程得到該位置的切線的斜率k0，k0+m為考慮反射鏡制造誤差后的斜率，1/(k0+m)為反射鏡在該點的法線斜率。入射光與法線夾角等于反射光與法線夾角，以此計算出反射光斜率。由點線法，可求出反射光的幾何方程y＝k’x+b’；

步驟五、聯(lián)立反射光方程y＝k’x+b’和集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，求出的解為反射光入射到集熱管上的位置點坐標(biāo)；

步驟六、統(tǒng)計光線聚集程度，計算出集熱管上的熱流分布。將反射光打到集熱管上的坐標(biāo)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)(p，r)，極坐標(biāo)原點為集熱管中心，組成新矩陣(p,r,i’)，新矩陣與集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，相聯(lián)立即可求出聚焦墊厚結(jié)構(gòu)兩側(cè)端點a和b相對于集熱管的位置。

所述聚焦墊厚結(jié)構(gòu)的厚度為集熱管半徑的1/10-1/5。

所述集熱管位于反射鏡的集熱中心。

一種求解反射鏡扭矩管結(jié)構(gòu)中聚焦墊厚結(jié)構(gòu)位置的方法：按照下列步驟進行：

步驟一、根據(jù)輸入的時刻、經(jīng)緯度、地基誤差計算太陽位置，確定入射角；

步驟二、確定入射的n條光線的陽光錐角；

步驟三、確定入射光在反射鏡上位置；

步驟四、聯(lián)立入射光方程y＝kx+b和反射鏡方程y＝(x+tp)^2/4p+c。求出入射點位置(x0,y0)。求導(dǎo)反射鏡方程得到該位置的切線的斜率k0，k0+m為考慮反射鏡制造誤差后的斜率，1/(k0+m)為反射鏡在該點的法線斜率。入射光與法線夾角等于反射光與法線夾角，以此計算出反射光斜率。由點線法，可求出反射光的幾何方程y＝k’x+b’；

步驟五、聯(lián)立反射光方程y＝k’x+b’和集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，求出的解為反射光入射到集熱管上的位置點坐標(biāo)；

步驟六、統(tǒng)計光線聚集程度，計算出集熱管上的熱流分布。將反射光打到集熱管上的坐標(biāo)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)(p，r)，極坐標(biāo)原點為集熱管中心，組成新矩陣(p,r,i’)，新矩陣與集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，相聯(lián)立即可求出聚焦墊厚結(jié)構(gòu)兩側(cè)端點a和b相對于集熱管的位置。

上述方法對于漏光光線的求解，不以幾何方法排除漏光光線，而是直接求解反射光線和集熱管曲線的聯(lián)立方程，得到解后，再從解的特征出發(fā)排除漏光光線，這樣更快速方便。本方法適用于任何曲線形式的反射鏡，即能按照標(biāo)準(zhǔn)拋物線方程求解，也能計算變形后的反射鏡，只需要輸入非拋物線反射鏡多個點的坐標(biāo)即可。

實施例：

步驟一、根據(jù)輸入的時刻、經(jīng)緯度、地基誤差計算太陽位置，確定入射角；同時計算出排遮陽系數(shù)、iam、ani、末端損失和跟蹤角等。計算公式如下：單位為默認(rèn)國際單位制。

n為計算日期在一年中的序號，即1至365。

e＝229.18(0.000075+0.001868cosb-0.032077sinb-0.014615cos2b-0.04089sin2b)，e為表達(dá)地球橢圓軌道導(dǎo)致全年白天時長不一致的函數(shù)。

標(biāo)準(zhǔn)時為北京時刻，太陽時指的是光場位置當(dāng)時的太陽時。

w為當(dāng)天計算時刻的時角。

δ為太陽中心與地球中心的連線與赤道平面間的夾角。

θz為太陽直射輻射與鉛垂線的夾角，稱作天頂角。為光場所在地的緯度。

θ為太陽直射輻射與集熱器開口平面的法線的夾角，即入射角。

rowshadow為排遮陽系數(shù)，取值0-1。反映早晚相鄰排集熱器遮陽的效果。lspacing為排間距，w為集熱器開口寬度。

endloss為末端損失系數(shù)，反映非直射情況下，陽光斜射導(dǎo)致集熱器末端會有光線漏出。f為集熱器焦距，lsca為集熱器長度。

iam表示因為斜射導(dǎo)致集熱管吸收率、玻璃透光率的降低。

步驟二、確定入射的n條光線的陽光錐角，平均分布。用matlab的rand命令一次性生成n個-0.26°至0.26°角度(0.26＝0.53/2)，存儲在一個矩陣k中,同時按照錐角與能量關(guān)系計算出每個錐角的光線攜帶的能量矩陣i，用rand命令生成n個-e至e之間的隨機數(shù)，e為跟蹤誤差，存為矩陣ez。使k＝k+ez+e’,e’為入射偏角，即某個原因造成的集熱器與入射光固定偏角。則k為考慮跟蹤誤差后的入射光角度。輸出k的統(tǒng)計分布圖。

步驟三、確定入射光在反射鏡上位置，x方向平均分布。用matlab的rand命令一次性生成n個x1-x2之間的x值，存于矩陣x中。反射鏡坐標(biāo)系原點為拋物線頂點，集熱管坐標(biāo)系原點為集熱管中心，相當(dāng)于反射鏡坐標(biāo)系上移一個焦距p。

步驟四、確定入射點反射鏡制造誤差，正態(tài)分布。用matlab的randn命令一次性生成n個均值0標(biāo)準(zhǔn)差為m的數(shù)存入矩陣m中。在矩陣k，x，m中，相同位置的數(shù)即表示的是同一條入射光的入射角、入射到反射鏡上時的x坐標(biāo)，以及該位置反射鏡的光學(xué)誤差。

步驟五、聯(lián)立方程：入射光方程y＝kx+b和反射鏡方程y＝(x+tp)^2/4p+c。可求出入射點位置(x0,y0)。求導(dǎo)反射鏡方程得到該位置的切線的斜率k0，k0+m為考慮反射鏡制造誤差后的斜率，1/(k0+m)為反射鏡在該點的法線斜率。入射光與法線夾角等于反射光與法線夾角，以此計算出反射光斜率。由點線法，可求出反射光的幾何方程y＝k’x+b’。其中tp,4p,c為輸入值，b由入射光斜率k和經(jīng)過的拋物線上的點(x0,y0)用點線法求得。

當(dāng)用非拋物線計算方式時，輸入反射鏡一組坐標(biāo)(x,y)值，用matlab擬合功能得到擬合函數(shù)，求導(dǎo)得到切線斜率k0，之后步驟與拋物線計算相同。

步驟六、聯(lián)立方程：反射光方程y＝k’x+b’和集熱管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，求出的解為反射光入射到集熱管上的位置點坐標(biāo)，解的數(shù)目為n個(x,y)值。因為某些光線因為斜率過大或過小會打不到集熱管上，所以n個解中有部分解是沒有意義的，即虛數(shù)解，排除虛數(shù)解就能排除漏光光線，同時排除i矩陣中相同位置的值得到i’。同時求出反射光入射到集熱管上時的軸向和徑向夾角。排除掉的光線輸出到漏光統(tǒng)計圖中，反射鏡間隙間未能反射的光線輸出到未反射光統(tǒng)計圖中。

步驟七、統(tǒng)計光線攜帶能量，計算出集熱管上熱流分布。將反射光打到集熱管上的坐標(biāo)(x,y)轉(zhuǎn)換為極坐標(biāo)(p，r)，極坐標(biāo)原點為集熱管中心，組成新矩陣(p,r,i’)。以角度p對矩陣(p,r,i’)排序，每1°區(qū)間內(nèi)i相加后得到熱量ia，ia除以1°對應(yīng)集熱管面積得到熱流密度p。集熱效率即為ia之和與入射能量i之和。

本結(jié)構(gòu)中的聚焦墊厚結(jié)構(gòu)位于集熱管朝向反射鏡的一側(cè)，處于集熱聚集的區(qū)域，加強了集熱管的管體結(jié)構(gòu)，由于聚焦墊厚結(jié)構(gòu)為通過機械方法與反射鏡表面相連接的，該結(jié)構(gòu)可拆卸的特性解決了集熱區(qū)域損壞不易更換的問題，使整個反射集熱結(jié)構(gòu)可長期穩(wěn)定運行和便于檢修更換。

以上對本發(fā)明進行了詳細(xì)說明，但所述內(nèi)容僅為本發(fā)明的較佳實施例，不能被認(rèn)為用于限定本發(fā)明的實施范圍。凡依本發(fā)明申請范圍所作的均等變化與改進等，均應(yīng)仍歸屬于本發(fā)明的專利涵蓋范圍之內(nèi)。