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摘 要

定日镜是塔式太阳能发电系统的重要组成部分。由于太阳能发电系统的建造地址常常是再开阔地带，周围没有抵挡物，风力的作用力较大，很容易影响它的聚日精度。定日镜的造价占整个太阳能发电系统造价的一半以上，对其结构进行优化设计，可以带来很大的经济效益。基于此，本文进行了如下研究：

首先，利用有限元软件建立传统定日镜的有限元模型。进行有限元分析和研究其在风载荷及其自身重力的影响下，它的变形，受力以及质量。

其次，在传统定日镜的基础上设计一个伞状定日镜，重复对传统定日镜的研究步骤，最终得到相应的结果。传统定日镜设置四种工况，伞状定日镜也设置四种工况。再把传统定日镜各个工况下的受力变形与伞状定日镜的受力变形进行比较。

最后，改变方形空心钢管的横截面的尺寸，在约束条件范围内，达到对定日镜质量的优化。

关键词：太阳能塔式发电站 风载荷 重力 定日镜 伞状定日镜 质量优化

Structural Design and Finite Element Analysis of Heliostats

ABSTRACT

The heliostat is an important part of the tower solar power system. Since the construction address of the solar power system is often reopened and there is no obstacle around it, the force of the wind force is large, so it is easy to affect its poly precision. The cost of heliostats accounts for more than half of the total cost of the solar power system, so the optimal design of its structure can bring great economic benefits. Based on this, the following study was carried out.

Firstly, the finite element model of traditional heliostat was established by finite element software. Performed finite element analysis and study its wind load and its own gravity under the influence of its deformation, stress, the overall quality.

Secondly, the umbrella heliostat was designed on the basis of traditional heliostat. Repeated the research steps of traditional heliostats, and got the corresponding results. Four conditions were set by traditional heliostat and umbrella heliostat. And then compared the traditional heliostats and umbrella heliostats in the various conditions of the deformation of the force

Finally, the size of the cross-section of the square hollow steel pipe was changed and the quality of the heliostat was optimized within the constraint condition.

Keywords: solar tower power station；wind load；gravity；heliostat；umbrella heliostat；quality optimization.

目录

摘要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究的背景和意义 1

1.2国内外研究工作的进展 2

1.2.2风力作用下定日镜的研究 3

1.2.3定日镜结构与成本优化 3

1.2.4定日镜的有限元分析 4

1.3本文研究的目标和方法 4

1.3.1研究目标 5

1.3.2研究方法 5

第二章 定日镜模型建立 6

2.1定日镜的功能和作用 6

2.2传统定日镜有限元模型的建立 7

2.2.1基本参数准备 7

2.2.2有限元模建立 9

2.3定日镜的应变与变形 16

2.4 传统定日镜的质量 23

第三章 伞状定日镜的有限元模型 25

3.1伞状定日镜的介绍 25

3.2基本参数准备 25

3.3有限元模型建立 25

3.4 伞状定日镜的应力变形 27

3.5伞状定日镜与传统定日镜的比较 20

第四章 伞状定日镜的结构优化 23

4.1优化后的伞状定日镜参数 23

4.2优化后的伞状定日镜的受力变形 24

4.3 优化后伞状定日镜的质量 25

第五章 总结与展望 25

5.1总结 25

5.2展望 25

参考文献 26

致谢 27

第一章 绪论

1.1研究的背景和意义

自从进入到二十一世纪，人们对能源的需求量一直在不停地上升，进而全球范围内能源消费总量也就一直在不停地上升;目前，社会上人们大都一直在使用着化石能源，其中使用最为广泛的要属煤矿、天然气体等^[1]。就我们国家而言，已探明到的化石能源的剩余储量（例如煤矿石、石油、天然气体等）十分有限，并且每个人能够拥有的化石能源平均量比世界人口的平均拥有量低得多，特别是石油以及天然气这两种化石燃料的存储量，这两种化石燃料的每个人的平均拥有量仅仅是全球平均值的百分之六与百分之七，完全满足不了人们的需求量。并且这些化石燃料属于不可再生能源，人们需求的急剧增加会导致资源的进一步匮乏，我国能源形势会越来越严峻，其他各国也是如此。除此之外还有环境问题，化石燃料的使用会产生许多有毒气体，造成环境污染，破坏大气层。而绿色能源正好能够解决这一问题。因为清洁能源是绿色的能源，不会产生污染物的且可以循环再生，属于环境友好型。所以，全球各国已经意识到传统的化石燃料可以用绿色清洁能源来代替，进而可以减少污染。这场能源革命，是每个国家必须进行的革命。

报告显示^[24]：自从2004年以来，全球可再生能源的投资在2012年已经实现了大规模的增长，达到2441亿美元，是2004年的6倍多；可再生资源的能源消费量在不停地增加，到2011年时达到20%。在我国，清洁能源的发展被放到突出位置，现如今，在绿色能源的投资上，我国已经变成全球第一。根据资料显示，在2012年的时候，我国的可再生能源投资资金已达670亿美元，增长了22%^[2]；清洁能源的消费为10662亿千瓦时，同比增长28.5%，占整个用电量的21.4%，比去年同期增长了3.9% ^[3]。

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