CN112364574A - 定日镜群表面风压的检测方法 - Google Patents

定日镜群表面风压的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供一种定日镜群表面风压的检测方法，所述方法包括：将定日镜群划分为初始模型块，并通过初始模型块建立对应的流场模型；通过预设的网格划分方法将流场模型划分成不同形式的网格；获取定日镜群的仰角数据以及流场模型的来流风向；获取流场模型入口处的初始风速，并通过初始风速计算流场模型入口处的风速剖面图；将风速剖面图、仰角数据、来流风向和网格的划分情况通过预设的计算方法计算得到流场模型中各个网格的风压数据，并通过风压数据确定定日镜群的表面风压。采用本方法能够提供了一种提供了一种对定日镜群中定日镜表面的风压的检测方法。

Description

定日镜群表面风压的检测方法
技术领域
本发明涉及定日镜技术领域，尤其涉及一种定日镜群表面风压的检测方法。
背景技术
定日镜将阳光反射到高塔上的储能设备中进行发电的系统，而塔式定日镜场是一种由成百上千台定日镜组成的聚光系统。位于镜场中的各定日镜具有相互独立的跟踪控制装置，通过此装置可以连续跟踪太阳，并将太阳光反射到塔顶的集热器上。目前，塔式定日镜场的布置方式有以下几种：环形交错布置与环形非交错布置、扇形交错布置与扇形非交错布置、平行交错布置与平行非交错布置等。
近年来，对于定日镜的抗风研究大多以单个定日镜为研究对象，未对身处镜群中的定日镜给出建议取值，而且由于风压分布的不均匀性，采用单个定日镜来研究镜群中所有定日镜表面的载荷分布是不适合的，所以亟需一种能够对定日镜群中的风压的检测方法。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种定日镜群表面风压的检测方法。
本发明实施例提供一种定日镜群表面风压的检测方法，包括：
将定日镜群划分为初始模型块，并通过所述初始模型块建立对应的流场模型；
通过预设的网格划分方法将所述流场模型划分成不同形式的网格；
获取所述定日镜群的仰角数据以及所述流场模型的来流风向；
获取所述流场模型入口处的初始风速，并通过所述初始风速计算所述流场模型入口处的风速剖面图；
将所述风速剖面图、仰角数据、来流风向和所述网格的划分情况通过预设的计算方法计算得到所述流场模型中各个网格的风压数据，并通过所述风压数据确定所述定日镜群的表面风压。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
将定日镜表面划分表格，并通过所述风压数据获取所述表格的风压数据，通过所述表格的风压数据、表格面积和所述定日镜的面积计算体型系数，输出所述体型系数。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
获取所述初始模型块的高度，所述流场模型的高度取5倍所述初始模型块的高度，所述流场模型的入口与所述初始模型块的距离取5倍所述初始模型块的高度，所述流场模型的出口与所述初始模型块的距离取10倍所述初始模型块的高度。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
对所述初始模型块采用六面体网格划分，对所述流场模型的壁面使用标准壁面函数，采用边界层网格处理方法。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
根据所述流场模型地区的气象数据获取所述流场模型入口处的初始风速。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
获取预设的风速剖面图计算公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，v（z）为z高度的风速值， v0取值为23.66m/s，z0为初始风速所在高度，取值为10m，α为地面粗糙度；
通过风速剖面图计算公式计算得到流场模型入口处不同高度的风速值，将所述流场模型入口处不同高度的风速值整合得到所述风速剖面图。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
从所述流场模型入口的网格开始，向所述流场模型的出口网格的方向，通过所述风速剖面图、仰角数据、来流风向，依次计算每个网格中的风压数据，得到所述流场模型中各个网格的风压数据。
在其中一个实施例中，所述方法还包括：
根据所述风速剖面图计算所述流场模型入口的湍流动能和湍流耗散率；
通过收敛准则结合所述湍流动能、湍流耗散率以及所述流场模型入口的动量计算得到收敛结果，通过所述收敛结果对定日镜群表面风压的检测方法进行验证。
本发明实施例提供的定日镜群表面风压的检测方法，将定日镜群划分为初始模型块，并通过初始模型块建立对应的流场模型；通过预设的网格划分方法将流场模型划分成不同形式的网格；获取定日镜群的仰角数据以及流场模型的来流风向；获取流场模型入口处的初始风速，并通过初始风速计算流场模型入口处的风速剖面图；将风速剖面图、仰角数据、来流风向和网格的划分情况通过预设的计算方法计算得到流场模型中各个网格的风压数据，并通过风压数据确定定日镜群的表面风压。提供了一种对定日镜群中定日镜表面的风压的检测方法。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例中定日镜群表面风压的检测方法的流程图。
图2为本发明实施例中流场模型的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明实施例提供的定日镜群表面风压的检测方法的流程示意图，如图1所示，本发明实施例提供了一种定日镜群表面风压的检测方法，包括：
步骤S101，将定日镜群划分为初始模型块，并通过所述初始模型块建立对应的流场模型。
具体地，在建立模型时，可以将定日镜群嵌套在一个小长方体中，为初始模型块，然后通过初始模型块为基础建立对应的流场模型，具体的建立方法可以为：获取初始模型块的高度，比如初始模型块的高度为D，流场模型的高度可以取5倍初始模型块的高度（5D），流场模型的入口与初始模型块的距离取5倍初始模型块的高度（5D），流场模型的出口与初始模型块的距离取10倍初始模型块的高度（10D），建立后的流场模型可以如图2所示。
另外，对于流场模型来说，流场模型中的阻塞率不能超过3%，阻塞率指的是定日镜迎风面面积和流场模型的横截面的壁纸，为了避免边界对流动结果产生过大影响。
步骤S102，通过预设的网格划分方法将所述流场模型划分成不同形式的网格。
具体地，通过预设的网格划分方法将整个流场模型划分成不同形式的网格，具体的划分方法可以比如：对定日镜模型采用六面体网格划分。模型的壁面使用标准壁面函数，采用了边界层网格处理。
步骤S103，获取所述定日镜群的仰角数据以及所述流场模型的来流风向。
具体地，定日镜的仰角数据可以根据日照的情况测量确定，而流场模型的来流方向可以根据相关的检测装置检测得到，也可以当地气象数据得到。
步骤S104，获取所述流场模型入口处的初始风速，并通过所述初始风速计算所述流场模型入口处的风速剖面图。
具体地，获取流场模型入口处的初始风速，具体的获取方法可以根据流场模型地区的气象数据获取述流场模型入口处的初始风速，初始风速为流场模型入口处预设高度的风速，比如流场模型入口处高度10m处的风速为初始风速，然后根据风速剖面图的相关计算公式进行计算。
具体的计算步骤可以包括：获取预设的风速剖面图计算公式：
Figure 682670DEST_PATH_IMAGE002
其中，v（z）为z高度的风速值， v0取值为23.66m/s，z0为初始风速所在高度，取值为10m，α为地面粗糙度；
通过风速剖面图计算公式计算得到流场模型入口处不同高度的风速值，将流场模型入口处不同高度的风速值整合得到风速剖面图。
步骤S105，将所述风速剖面图、仰角数据、来流风向和所述网格的划分情况通过预设的计算方法计算得到所述流场模型中各个网格的风压数据，并通过所述风压数据确定所述定日镜群的表面风压。
具体地，从流场模型入口的网格开始，向流场模型的出口网格的方向，通过风速剖面图、仰角数据、来流风向，依次对每个网格中的风压进行计算，比如对流场模型中最靠近入口的第一个网格的风压和风速进行计算，通过动量守恒定律计算得到第一个网格的风压和风速，然后通过第一个网格的风压和风速计算第二个网格的风压和风速，这样依次计算得到流场模型中每个网格的风压数据，然后根据定日镜群表面所在网格的风压数据确定定日镜群的表面风压。
本发明实施例提供的一种定日镜群表面风压的检测方法，将定日镜群划分为初始模型块，并通过初始模型块建立对应的流场模型；通过预设的网格划分方法将流场模型划分成不同形式的网格；获取定日镜群的仰角数据以及流场模型的来流风向；获取流场模型入口处的初始风速，并通过初始风速计算流场模型入口处的风速剖面图；将风速剖面图、仰角数据、来流风向和网格的划分情况通过预设的计算方法计算得到流场模型中各个网格的风压数据，并通过风压数据确定定日镜群的表面风压。提供了一种对定日镜群中定日镜表面的风压的检测方法。
在上述实施例的基础上，所述定日镜群表面风压的检测方法，还包括：
将定日镜表面划分表格，并通过所述风压数据获取所述表格的风压数据，通过所述表格的风压数据、表格面积和所述定日镜的面积计算体型系数，输出所述体型系数。
在本发明实施例中，体型系数主要用来描述稳定风压作用下结构表面的静压力分布规律，为表面受到的风压与气流风压的比值。在实际工程应用中，一般采用面上的平均风压系数，一般称之为体型系数，用
Figure 993566DEST_PATH_IMAGE003
表示。体型系数的计算方法如下式：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
将定日镜表面划分表格，式中
Figure 919934DEST_PATH_IMAGE005
为表格中第i测点的风压系数（通过风压数据获取得到），Ai为表格中第i测点所属表面面积，A为定日镜迎风面总面积。即结构表面上的风载体型系数由表面上所有测点的平均风压系数值与测点从属面积的乘积取加权平均得到。
本发明实施例计算得到关于定日镜群风压的体型系数，体型系数能够直接通过气流风压得到定日镜表面的风压，在后续计算不同地区的定日镜群风压的时候，能够直接通过体型系数进行计算。
在上述实施例的基础上，所述定日镜群表面风压的检测方法，还包括：
根据所述风速剖面图计算所述流场模型入口的湍流动能和湍流耗散率；
通过收敛准则结合所述湍流动能、湍流耗散率以及所述流场模型入口的动量计算得到收敛结果，通过所述收敛结果对定日镜群表面风压的检测方法进行验证。
在本实施例中，根据风速剖面图能够计算流场模型入口的湍流动能和湍流耗散率，具体步骤为：
入口处湍流动能k根据湍流强度和平均风速计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
式中
Figure 127448DEST_PATH_IMAGE007
是范围在0.5到1.5的常参数，取
Figure DEST_PATH_IMAGE008
。
Figure 527075DEST_PATH_IMAGE009
为湍流强度剖面，按如下公式计算：
Figure DEST_PATH_IMAGE010
式中
Figure 503428DEST_PATH_IMAGE011
为梯度风高度，取值为350m。
而湍流耗散率
Figure DEST_PATH_IMAGE012
则依据湍流动能k和湍流积分尺度l计算：
Figure 295804DEST_PATH_IMAGE013
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为经验常数，取0.09，
Figure 26999DEST_PATH_IMAGE015
。
然后结合Realizable
Figure DEST_PATH_IMAGE016
湍流模型对定日镜绕流风场的3D定常RANS方程进行求解。压力-速度耦合方式采用SIMPLE，离散格式采用二阶迎风格式，收敛准则为：x，y和z动量、湍流动能k、湍流耗散率
Figure 817101DEST_PATH_IMAGE012
、湍流比耗散率
Figure 899326DEST_PATH_IMAGE017
和质量连续方程相对残存小于10-5，且同时监测到流域中特定坐标点的速度值不发生变化时，可认为计算收敛。为验证本数值模拟方法的有效性，首先应对与定日镜风洞试验相同的缩尺比的单个定日镜缩尺模型进行数值模拟，得到其表面的平均风压分布，再与风洞试验所得结果相对比，以确保计算方法有效性。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种定日镜群表面风压的检测方法，其特征在于，包括：
将定日镜群划分为初始模型块，并通过所述初始模型块建立对应的流场模型；
通过预设的网格划分方法将所述流场模型划分成不同形式的网格；
获取所述定日镜群的仰角数据以及所述流场模型的来流风向；
获取所述流场模型入口处的初始风速，并通过所述初始风速计算所述流场模型入口处的风速剖面图；
将所述风速剖面图、仰角数据、来流风向和所述网格的划分情况通过预设的计算方法计算得到所述流场模型中各个网格的风压数据，并通过所述风压数据确定所述定日镜群的表面风压。
2.根据权利要求1所述的定日镜群表面风压的检测方法，其特征在于，所述通过所述风压数据确定所述定日镜群的表面风压之后，包括：
将定日镜表面划分表格，并通过所述风压数据获取所述表格的风压数据，通过所述表格的风压数据、表格面积和所述定日镜的面积计算体型系数，输出所述体型系数。
3.根据权利要求1所述的定日镜群表面风压的检测方法，其特征在于，所述通过所述初始模型块建立对应的流场模型，包括：
获取所述初始模型块的高度，所述流场模型的高度取5倍所述初始模型块的高度，所述流场模型的入口与所述初始模型块的距离取5倍所述初始模型块的高度，所述流场模型的出口与所述初始模型块的距离取10倍所述初始模型块的高度。
4.根据权利要求1所述的定日镜群表面风压的检测方法，其特征在于，所述通过预设的网格划分方法将所述流场模型划分成不同形式的网格，包括：
对所述初始模型块采用六面体网格划分，对所述流场模型的壁面使用标准壁面函数，采用边界层网格处理方法。
5.根据权利要求1所述的定日镜群表面风压的检测方法，其特征在于，所述获取所述流场模型入口处的初始风速，包括：
根据所述流场模型地区的气象数据获取所述流场模型入口处的初始风速。
6.根据权利要求1所述的定日镜群表面风压的检测方法，其特征在于，所述通过所述初始风速计算所述流场模型入口处的风速剖面图，包括：
获取预设的风速剖面图计算公式：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，v（z）为z高度的风速值， v0取值为23.66m/s，z0为初始风速所在高度，取值为10m，α为地面粗糙度；
通过风速剖面图计算公式计算得到流场模型入口处不同高度的风速值，将所述流场模型入口处不同高度的风速值整合得到所述风速剖面图。
7.根据权利要求1所述的定日镜群表面风压的检测方法，其特征在于，所述将所述风速剖面图、仰角数据、来流风向和所述网格的划分情况通过预设的计算方法计算得到所述流场模型中各个网格的风压数据，包括：
从所述流场模型入口的网格开始，向所述流场模型的出口网格的方向，通过所述风速剖面图、仰角数据、来流风向，依次计算每个网格中的风压数据，得到所述流场模型中各个网格的风压数据。
8.根据权利要求1所述的定日镜群表面风压的检测方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述风速剖面图计算所述流场模型入口的湍流动能和湍流耗散率；
通过收敛准则结合所述湍流动能、湍流耗散率以及所述流场模型入口的动量计算得到收敛结果，通过所述收敛结果对定日镜群表面风压的检测方法进行验证。
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