[发明专利]非抛物线反射镜的蒙特卡洛模拟方法

说明书

本发明公开了非抛物线反射镜的蒙特卡洛模拟方法，本方法依据蒙特卡洛光线追踪法，计算涉及以下四个随机量的模拟：入射时太阳光光线锥度角、光线入射在反射镜上的位置、入射点位置反射镜的制造误差，和跟踪系统跟踪误差。本方法考虑光场地基的位置误差、太阳位置在全年的变化、相邻集热器间的遮挡作用、反射镜误差和跟踪误差等因素，实际光场可能产生的所有影响因素都在计算中有所体现。

技术领域

本发明属于集热器技术领域，尤其是非抛物线反射镜的蒙特卡洛模拟方法。

背景技术

在光场设备的施工过程中，需要借助软件算法分析影响槽式集热器的光学和能量转化效率的各种因素，用以评估最优的光场设备和施工建造成本，为不同形式集热器或集热回路的可行性提供依据。软件算法的依据为蒙特卡洛法，即当所求解问题是某种随机事件出现的概率，或者是某个随机变量的期望值时，通过某种“实验”的方法，以这种事件出现的频率估计这一随机事件的概率，或者得到这个随机变量的某些数字特征，并将其作为问题的解。本分析方法涉及的计算原理为蒙特卡洛光线追踪法，计算光线自入射到反射镜、反射镜反射后射到集热管的过程，认为轴向无变化。计算涉及到四个随机量：

第一个随机量是入射时太阳光光线锥度角，N条光线将有N个随机的锥度角，在太阳光锥角-0.26°到0.26°范围内平均分布。

第二个随机量是光线入射在反射镜上的位置，认为入射点在水平方向即x方向平均分布。

第三个随机量是入射点位置反射镜的制造误差，该误差服从均值为零的正态分布。

第四个随机量是跟踪系统跟踪误差，服从均值为零的平均分布。

当入射光线数目足够多时，最后的光线反射将接近真实情况。

在现有技术中，存在以下几个：缺少对于非标准抛物线方程的求解，目前无任何论文提出变形后非抛物线反射镜的计算。

发明内容

本发明克服了现有技术中的缺点，提供了非抛物线反射镜的蒙特卡洛模拟方法。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

非抛物线反射镜的蒙特卡洛模拟方法，依据蒙特卡洛光线追踪法，计算涉及以下四个随机量的模拟：入射时太阳光光线锥度角、光线入射在反射镜上的位置、入射点位置反射镜的制造误差，和跟踪系统跟踪误差。

步骤一、根据输入的时刻、经纬度、地基误差计算太阳位置，确定入射角；同时计算出排遮阳系数、IAM、ANI、末端损失和跟踪角等；

步骤二、确定入射的N条光线的阳光锥角；

步骤三、确定入射光在反射镜上位置；

步骤四、确定入射点反射镜制造误差；

步骤五、联立入射光方程y＝kx+b和反射镜方程y＝(x+tp)^2/4p+c。求出入射点位置(x0,y0)。求导反射镜方程得到该位置的切线的斜率k0，k0+M为考虑反射镜制造误差后的斜率，1/(k0+M)为反射镜在该点的法线斜率。入射光与法线夹角等于反射光与法线夹角，以此计算出反射光斜率。由点线法，可求出反射光的几何方程y＝k’x+b’；

步骤六、联立反射光方程y＝k’x+b’和集热管方程(x+t1)^2/a^2+(y+t2)^2/b^2＝1，求出的解为反射光入射到集热管上的位置点坐标；

步骤七、统计光线携带能量，计算出集热管上热流分布。将反射光打到集热管上的坐标(x,y)转换为极坐标(p，r)，极坐标原点为集热管中心，组成新矩阵(p,r,I’)。以角度p对矩阵(p,r,I’)排序，每1°区间内I相加后得到热量Ia，Ia除以1°对应集热管面积得到热流密度P。集热效率即为Ia之和与入射能量I之和。