CN114357711B - 基于截断率计算的集热管弯曲处理方法和装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种基于截断率计算的集热管弯曲处理方法和装置。其中，处理方法包括：建立槽式聚光镜的镜面坐标系，其中y轴与集热管的中心轴平行，z轴为槽式聚光镜的截面抛物线的对称轴，X轴分别与y轴、z轴垂直；选取集热管两端外的任一位置的y轴坐标；计算y轴坐标对应的截断率；根据截断率对集热管进行调整。本申请实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法和装置，通过建立槽式聚光镜的镜面坐标系，选取集热管两端外的任一位置的y轴坐标，并计算y轴坐标对应的截断率，以及根据截断率对集热管进行调整，能够高效地计算出因集热管弯曲造成的截断率损失，从而及时对弯曲的集热管进行处理，省时高效，降低维护成本。

Description

基于截断率计算的集热管弯曲处理方法和装置

技术领域

本申请涉及光热电站技术领域，尤其涉及一种基于截断率计算的集热管弯曲处理方法和装置。

背景技术

槽式太阳能热发电是现今发展规模最大、技术最成熟的商业性太阳能热发电技术，它利用集热管将聚光镜反射的光线吸收，加热集热管内部传热介质，通过换热装置产生高温蒸汽，驱动汽轮机运转，带动发电机发电。槽式太阳能热发电站在运行过程中，集热管受热应力和重力等作用可能会发生弯曲变形。集热管弯曲导致反射到集热管上的光线减少，使得截断率降低，进而影响聚光系统的光学效率。截断率主要受聚光镜面形误差、跟踪误差、集热器装配误差和集热管弯曲影响。目前，聚光镜面形误差、跟踪误差和集热器装配误差对截断率的影响均有研究，而集热管弯曲对截断率的影响还没有相关文献及方法。因此，研究集热管弯曲对截断率的影响，以及如何进行相应的处理，显得尤为重要。

发明内容

本申请的目的旨在至少在一定程度上解决上述的技术问题之一。

为此，本申请的第一个目的在于提出一种基于截断率计算的集热管弯曲处理方法，能够高效地计算出因集热管弯曲造成的截断率损失，及时对弯曲的集热管进行处理，省时高效，降低维护成本。

本申请的第二个目的在于提出一种基于截断率计算的集热管弯曲处理装置。

本申请的第三个目的在于提出一种计算机设备。

本申请的第四个目的在于提出一种计算机可读存储介质。

为实现上述目的，本申请第一方面实施例提出了一种基于截断率计算的集热管弯曲处理方法，包括：

建立槽式聚光镜的镜面坐标系，其中y轴与集热管的中心轴平行，z轴为槽式聚光镜的截面抛物线的对称轴，X轴分别与y轴、z轴垂直；

选取所述集热管两端外的任一位置的y轴坐标；

计算所述y轴坐标对应的截断率；

根据所述截断率对所述集热管进行调整。

可选的，计算所述y轴坐标对应的截断率，包括：

在所述y轴坐标对应的槽式聚光镜的截面抛物线上选取n个入射光的入射点；

确定入射光经过所述槽式聚光镜反射到所述集热管上的反射光数量；

根据所述反射光数量和所述入射点的数量计算出所述截断率。

可选的，确定入射光经过所述槽式聚光镜反射到所述集热管上的反射光数量，包括：

生成反射光在所述镜面坐标系中的反射光方程；

生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程；

根据所述反射光方程和所述集热管方程确定所述反射到所述集热管上的反射光数量。

可选的，生成反射光在所述镜面坐标系中的反射光方程，包括：

获取入射光的单位矢量、所述入射光对应的入射点的坐标以及斜率单位矢量；

根据所述入射光的单位矢量、所述入射光对应的入射点的坐标以及所述斜率单位矢量获得所述反射光的单位矢量；

基于所述反射光的单位矢量生成所述反射光方程。

可选的，生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程，包括：

获取所述槽式聚光镜的焦距、所述集热管的内管直径、所述集热管沿x轴的弯曲分量、所述集热管沿z轴的弯曲分量；

根据所述槽式聚光镜的焦距、所述集热管的内管直径、所述集热管沿x轴的弯曲分量、所述集热管沿z轴的弯曲分量生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程。

可选的，根据所述反射光方程和所述集热管方程确定所述反射到所述集热管上的反射光数量，包括：

求解所述反射光方程和所述集热管方程组成的方程组；

判断所述方程组是否有解，如果有解，则确定所述反射到所述集热管上的反射光数量+1。

本申请实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法，通过建立槽式聚光镜的镜面坐标系，选取集热管两端外的任一位置的y轴坐标，并计算y轴坐标对应的截断率，以及根据截断率对集热管进行调整，能够高效地计算出因集热管弯曲造成的截断率损失，从而及时对弯曲的集热管进行处理，省时高效，降低维护成本。

为实现上述目的，本申请第二方面实施例提出一种基于截断率计算的集热管弯曲处理装置，包括：

建立模块，用于建立槽式聚光镜的镜面坐标系，其中y轴与集热管的中心轴平行，z轴为槽式聚光镜的截面抛物线的对称轴，X轴分别与y轴、z轴垂直；

选取模块，用于选取所述集热管两端外的任一位置的y轴坐标；

计算模块，用于计算所述y轴坐标对应的截断率；

调整模块，用于根据所述截断率对所述集热管进行调整。

可选的，所述计算模块，用于：

在所述y轴坐标对应的槽式聚光镜的截面抛物线上选取n个入射光的入射点；

确定入射光经过所述槽式聚光镜反射到所述集热管上的反射光数量；

根据所述反射光数量和所述入射点的数量计算出所述截断率。

可选的，所述计算模块，用于：

生成反射光在所述镜面坐标系中的反射光方程；

生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程；

根据所述反射光方程和所述集热管方程确定所述反射到所述集热管上的反射光数量。

可选的，所述计算模块，用于：

获取入射光的单位矢量、所述入射光对应的入射点的坐标以及斜率单位矢量；

根据所述入射光的单位矢量、所述入射光对应的入射点的坐标以及所述斜率单位矢量获得所述反射光的单位矢量；

基于所述反射光的单位矢量生成所述反射光方程。

可选的，所述计算模块，用于：

获取所述槽式聚光镜的焦距、所述集热管的内管直径、所述集热管沿x轴的弯曲分量、所述集热管沿z轴的弯曲分量；

根据所述槽式聚光镜的焦距、所述集热管的内管直径、所述集热管沿x轴的弯曲分量、所述集热管沿z轴的弯曲分量生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程。

可选的，所述计算模块，用于：

求解所述反射光方程和所述集热管方程组成的方程组；

判断所述方程组是否有解，如果有解，则确定所述反射到所述集热管上的反射光数量+1。

本申请实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理装置，通过建立槽式聚光镜的镜面坐标系，选取集热管两端外的任一位置的y轴坐标，并计算y轴坐标对应的截断率，以及根据截断率对集热管进行调整，能够高效地计算出因集热管弯曲造成的截断率损失，从而及时对弯曲的集热管进行处理，省时高效，降低维护成本。

为实现上述目的，本申请第三方面实施例提出一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时，实现如第一方面实施例所述的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法。

为了实现上述目的，本申请第四方面实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面实施例所述的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法。

本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本申请的实践了解到。

附图说明

图1是本申请一个实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法的流程图；

图2是本申请一个实施例的镜面坐标系的立体示意图；

图3是本申请一个实施例的镜面坐标系的侧面截图示意图；

图4是本申请一个实施例的选取n个入射点的示意图；

图5是本申请一个实施例的生成反射光方程的流程图；

图6是本申请一个实施例的反射光追迹示意图；

图7是本申请一个实施例的生成集热管方程的流程图；

图8是本申请一个实施例的截断率计算原理示意图；

图9是本申请一个实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理装置的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细描述，这些实施例不能理解为限制本发明所要求保护的范围。

下面参考附图描述本申请实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法和装置。

图1是本申请一个实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法的流程图，如图1所示，该方法包括以下步骤：

S1，建立槽式聚光镜的镜面坐标系。

其中，y轴与集热管的中心轴平行，z轴为槽式聚光镜的截面抛物线的对称轴，X轴分别与y轴、z轴垂直。具体镜面坐标系可如图2-3所示。

S2，选取集热管两端外的任一位置的y轴坐标。

S3，计算y轴坐标对应的截断率。

S31，在y轴坐标对应的槽式聚光镜的截面抛物线上选取n个入射光的入射点。

具体选取n个入射光的入射点，可如图4所示。将槽式聚光镜的开口大小L投影到镜面坐标系X轴上。在L上均匀取n个点，将L离散成n个点。

S32，确定入射光经过槽式聚光镜反射到集热管上的反射光数量。

具体地，可生成反射光在镜面坐标系中的反射光方程，然后生成集热管在镜面坐标系中的集热管方程，以及根据反射光方程和集热管方程确定反射到集热管上的反射光数量。

进一步来说，如图5所示，生成反射光方程具体包括：

S51，获取入射光的单位矢量、入射光对应的入射点的坐标以及斜率单位矢量。

S52，根据入射光的单位矢量、入射光对应的入射点的坐标以及斜率单位矢量获得反射光的单位矢量。

S53，基于反射光的单位矢量生成反射光方程。

在本申请的一个实施例中，在镜面坐标系中，太阳入射方向的单位矢量为i＝(0,0,-1)。对于光锥内任一点A(a_x,a_y)，追迹的入射光单位矢量为：

已知槽式聚光镜上B点坐标B(b_x,b_y)和斜率单位矢量n(n_x,n_y,n_z)，如图6所示。设入射角为θ_i，反射光的单位矢量为r(r_x,r_y,r_z)，则i·n＝-cosθ_i。

由反射定律可知：r-i＝2ncosθ_i。则可得反射光线的方向向量：r＝i+2ncosθ_i，其对应的坐标分量形式为：

在镜面坐标系中，对于B点，其反射光线方程为：

另一方面，如图7所示，生成集热管方程具体包括：

S71，获取槽式聚光镜的焦距、集热管的内管直径、集热管沿x轴的弯曲分量、集热管沿z轴的弯曲分量。

S72，根据槽式聚光镜的焦距、集热管的内管直径、集热管沿x轴的弯曲分量、集热管沿z轴的弯曲分量生成集热管在镜面坐标系中的集热管方程。

在本申请的一个实施例中，在镜面坐标系中，集热管在镜面坐标系中的方程为：(x+d_x)²+(z+d_z-f)²＝(d/2)²。其中，f为槽式聚光镜的焦距，d为集热管的内管直径，d_x为集热管在镜面坐标系X轴方向弯曲分量；d_z为集热管在镜面坐标系Z轴方向弯曲分量。

在生成上述两个方程之后，便可求解反射光方程和集热管方程组成的方程组。具体来讲，判断方程组是否有解。如果有解，则确定反射到集热管上的反射光数量+1。如果无解，则说明反射光线没有反射到集热管上。

S33，根据反射光数量和入射点的数量计算出截断率。

具体截断率的原理如下：已知太阳半角宽为θ_sun/2＝4.65mrad，入射到聚光镜任一点的光束可视为顶角为θ_sun的光锥，光锥的中心线方向为入射方向i，如图8所示。为计算沿聚光镜焦线方向某一位置集热管的截断率，可在平行于光轴的聚光镜截面上均匀取n个点，分别在n个点的光锥内追迹N条光线，假设共有M条光反射到集热管上，则此位置集热管的截断率为

S4，根据截断率对集热管进行调整。

上述步骤中计算出的截断率为集热管两端外的某一位置的y轴坐标对应的截断率。在对集热管进行调整时，需要选取多个位置分别计算出对应的截断率，最后根据整支集热管阶段率累加值对集热管进行调整。

具体调整如下：如果计算出的截断率低于集热管在正常状态(未弯曲)时的截断率，即截断率低带来的全寿命周期内收益损失大于集热管更换或调整所需费用时，则需要对集热管进行调整，使其恢复原状，或者调整集热管的状态使其调整后的截断率等于在正常状态(未弯曲)时的截断率(理想状态下)。

应当理解的是，本实施例的计算是针对集热管两端外的任一位置的y轴坐标进行的计算，在集热管的不同位置，其对应的集热管弯曲程度是不同的，但计算方法相同，此处不再赘述。

本申请实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法，通过建立槽式聚光镜的镜面坐标系，选取集热管两端外的任一位置的y轴坐标，并计算y轴坐标对应的截断率，以及根据截断率对集热管进行调整，能够高效地计算出因集热管弯曲造成的截断率损失，从而及时对弯曲的集热管进行处理，省时高效，降低维护成本。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种基于截断率计算的集热管弯曲处理装置。

图9是本申请一个实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理装置的结构示意图。

如图9所示，该装置包括建立模块91、选取模块92、计算模块93和调整模块94。

建立模块91，用于建立槽式聚光镜的镜面坐标系。其中y轴与集热管的中心轴平行，z轴为槽式聚光镜的截面抛物线的对称轴，X轴分别与y轴、z轴垂直。

选取模块92，用于选取集热管两端外的任一位置的y轴坐标。

计算模块93，用于计算y轴坐标对应的截断率。

计算模块93，具体用于：在y轴坐标对应的槽式聚光镜的截面抛物线上选取n个入射光的入射点；确定入射光经过槽式聚光镜反射到集热管上的反射光数量；根据反射光数量和入射点的数量计算出截断率。

计算模块93，具体用于：生成反射光在镜面坐标系中的反射光方程；生成集热管在镜面坐标系中的集热管方程；根据反射光方程和集热管方程确定反射到集热管上的反射光数量。

计算模块93，具体用于：获取入射光的单位矢量、入射光对应的入射点的坐标以及斜率单位矢量；根据入射光的单位矢量、入射光对应的入射点的坐标以及斜率单位矢量获得反射光的单位矢量；基于反射光的单位矢量生成反射光方程。

计算模块93，具体用于：获取槽式聚光镜的焦距、集热管的内管直径、集热管沿x轴的弯曲分量、集热管沿z轴的弯曲分量；根据槽式聚光镜的焦距、集热管的内管直径、集热管沿x轴的弯曲分量、集热管沿z轴的弯曲分量生成集热管在镜面坐标系中的集热管方程。

计算模块93，具体用于：求解反射光方程和集热管方程组成的方程组；判断方程组是否有解，如果有解，则确定反射到集热管上的反射光数量+1。

调整模块94，用于根据截断率对集热管进行调整。

应当理解的是，基于截断率计算的集热管弯曲处理装置与其对应的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法实施例描述一致，故本实施例中不再赘述。

本申请实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理装置，通过建立槽式聚光镜的镜面坐标系，选取集热管两端外的任一位置的y轴坐标，并计算y轴坐标对应的截断率，以及根据截断率对集热管进行调整，能够高效地计算出因集热管弯曲造成的截断率损失，从而及时对弯曲的集热管进行处理，省时高效，降低维护成本。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种计算机设备。

该计算机设备包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行计算机程序时，实现如第一方面实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法。

为了实现上述实施例，本申请还提出了一种非临时性计算机可读存储介质。

该非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如第一方面实施例的基于截断率计算的集热管弯曲处理方法。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)，可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得程序，然后将其存储在计算机存储器中。

应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。

需要说明的是，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

Claims (10)

1.一种基于截断率计算的集热管弯曲处理方法，其特征在于，包括：

建立槽式聚光镜的镜面坐标系，其中y轴与集热管的中心轴平行，z轴为槽式聚光镜的截面抛物线的对称轴，X轴分别与y轴、z轴垂直；

选取所述集热管两端外的任一位置的y轴坐标；

计算所述y轴坐标对应的截断率；

根据所述截断率对所述集热管进行调整；

其中，计算所述y轴坐标对应的截断率，包括：

在所述y轴坐标对应的槽式聚光镜的截面抛物线上选取n个入射光的入射点；

确定入射光经过所述槽式聚光镜反射到所述集热管上的反射光数量；

根据所述反射光数量和所述入射点的数量计算出所述截断率；

其中，截断率公式为

M表示光反射到集热管上的数量，n为聚光镜截面上均匀取的点的数量，N为n个点的光锥内追迹光线的数量，γ为截断率。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定入射光经过所述槽式聚光镜反射到所述集热管上的反射光数量，包括：

生成反射光在所述镜面坐标系中的反射光方程；

生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程；

根据所述反射光方程和所述集热管方程确定所述反射到所述集热管上的反射光数量。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，生成反射光在所述镜面坐标系中的反射光方程，包括：

获取入射光的单位矢量、所述入射光对应的入射点的坐标以及斜率单位矢量；

根据所述入射光的单位矢量、所述入射光对应的入射点的坐标以及所述斜率单位矢量获得所述反射光的单位矢量；

基于所述反射光的单位矢量生成所述反射光方程。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程，包括：

获取所述槽式聚光镜的焦距、所述集热管的内管直径、所述集热管沿x轴的弯曲分量、所述集热管沿z轴的弯曲分量；

根据所述槽式聚光镜的焦距、所述集热管的内管直径、所述集热管沿x轴的弯曲分量、所述集热管沿z轴的弯曲分量生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述反射光方程和所述集热管方程确定所述反射到所述集热管上的反射光数量，包括：

求解所述反射光方程和所述集热管方程组成的方程组；

判断所述方程组是否有解，如果有解，则确定所述反射到所述集热管上的反射光数量+1。

6.一种基于截断率计算的集热管弯曲处理装置，其特征在于，包括：

建立模块，用于建立槽式聚光镜的镜面坐标系，其中y轴与集热管的中心轴平行，z轴为槽式聚光镜的截面抛物线的对称轴，X轴分别与y轴、z轴垂直；

选取模块，用于选取所述集热管两端外的任一位置的y轴坐标；

计算模块，用于计算所述y轴坐标对应的截断率；

调整模块，用于根据所述截断率对所述集热管进行调整；

所述计算模块，用于：

在所述y轴坐标对应的槽式聚光镜的截面抛物线上选取n个入射光的入射点；

确定入射光经过所述槽式聚光镜反射到所述集热管上的反射光数量；

根据所述反射光数量和所述入射点的数量计算出所述截断率；

其中，截断率公式为

M表示光反射到集热管上的数量，n为聚光镜截面上均匀取的点的数量，N为n个点的光锥内追迹光线的数量，γ为截断率。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述计算模块，用于：

生成反射光在所述镜面坐标系中的反射光方程；

生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程；

根据所述反射光方程和所述集热管方程确定所述反射到所述集热管上的反射光数量。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，用于：

获取入射光的单位矢量、所述入射光对应的入射点的坐标以及斜率单位矢量；

根据所述入射光的单位矢量、所述入射光对应的入射点的坐标以及所述斜率单位矢量获得所述反射光的单位矢量；

基于所述反射光的单位矢量生成所述反射光方程。

9.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，用于：

获取所述槽式聚光镜的焦距、所述集热管的内管直径、所述集热管沿x轴的弯曲分量、所述集热管沿z轴的弯曲分量；

根据所述槽式聚光镜的焦距、所述集热管的内管直径、所述集热管沿x轴的弯曲分量、所述集热管沿z轴的弯曲分量生成所述集热管在所述镜面坐标系中的集热管方程。

10.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述计算模块，用于：

求解所述反射光方程和所述集热管方程组成的方程组；

判断所述方程组是否有解，如果有解，则确定所述反射到所述集热管上的反射光数量+1。

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