SKAL-ET集热器系统的力学计算分析

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随着能源危机的不断加剧,能源问题引起人们越来越多的重视,寻找新能源已经成为全世界共同关注的问题,尤其是对太阳能的开发和利用。太阳能集热器支撑结构是太阳能热发电站的关键部件,对集热器支架进行计算分析是十分必要的。因此,本文对SKAL-ET集热器系统进行了力学计算分析。首先,选取支架镜面所处的不同位置,建立单个支架的有限元模型,对其进行静力分析,分析其Mises应力、水平位移随集热器抛物镜面在不同位置的变化规律。结果表明:当支架的镜面处在最大迎风面时Mises应力达到最大值126MPa,当支架的镜面法线与水平线成15°时,水平位移达到最大值23.03mm,其值均小于许用应力215MPa和许用位移60mm,符合安全要求。其次,选取支架镜面为最大迎风面的位置,对支架的截面尺寸进行优化,减轻其自重;支架优化后,重量由原来的3184.4kg减轻到2822.8kg,减轻了11.4%,Mises应力相比较原结构有所增大,最大增大了7.1%,水平位移相应增大,最大增大了25%,但均符合安全要求。再次,建立SKAL-ET集热器系统的整体支架模型,对其进行静力分析,包括强度、刚度、稳定性分析。结果表明:支架在最大迎风面位置时,优化前最大Mises应力为130MPa,最大水平位移为23.87mm,临界荷载为0.62924kN/m2,优化后最大Mises应力为138MPa,最大水平位移为24.21mm,临界荷载为0.49796kN/m2,均符合安全要求。最后,对集热器整体支架进行动力学计算,包括模态分析及瞬态动力学分析。结果表明:优化前后结构的固有频率有效的避开了模拟脉动风的频率,支架结构不发生共振。在脉动风荷载的作用下,优化前集热器整体支架的最大Mises应力和最大水平位移分别为163MPa、36.46mm,优化后集热器整体支架的最大Mises应力和最大水平位移分别为169MPa、39.96mm,均符合安全要求。
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