[发明专利]一种塔式太阳能吸热器聚焦光斑能流密度分布的计算方法

权利要求书

1.一种塔式太阳能吸热器聚焦光斑能流密度分布的计算方法，其特征在于，包括：

根据太阳辐照度计算定日镜反射到吸热器接收面上的光斑的光能量；

将定日镜在吸热器接收面上的光斑投影到吸热器纵向截面上，根据定日镜反射到吸热器接收面上的光斑的光能量以及吸热器接收面与吸热器纵向截面之间的夹角，计算定日镜在吸热器接收面上的投射光斑内能流密度；计算如下：

其中，f_n为定日镜n在吸热器接收面上的投射光斑内能流密度，P_n为定日镜n反射到吸热器接收面上的光能量，R_n为定日镜n在吸热器接收面上的光斑在吸热器纵向截面上投影的半径，ω为吸热器接收面与吸热器纵向截面之间的夹角，

ω满足：

ω＝90°-β(t)

其中，β(t)表示太阳高度角；

所述定日镜在吸热器接收面上的投射光斑内能流密度的计算需满足以下假设条件：

a、定日镜为微小弧度的整块弧面镜；

b、不考虑定日镜的光学误差；

c、忽略光斑的像散；d、每台定日镜投射到吸热器接收面上的光斑内能流密度处处相等；

根据定日镜在吸热器接收面上的投射光斑内能流密度，计算定日镜在吸热器接收面上的投射光斑投影到吸热器纵向截面上的能流密度；

根据定日镜在吸热器接收面上的投射光斑投影到吸热器纵向截面上的能流密度，基于坐标旋转变换和能量叠加，计算吸热器接收面上每一点的能流密度值，得到吸热器的能流密度分布。

2.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能吸热器聚焦光斑能流密度分布的计算方法，其特征在于，所述根据太阳辐照度计算定日镜反射到吸热器接收面上的光能量，包括：

P_n(t)＝DNI(t)·S·η·10^-3

其中，P_n(t)为t时刻经定日镜n反射到吸热器接收面上的光能量，DNI(t)为t时刻太阳辐照度，S为单台定日镜面积，η为镜场总效率。

3.根据权利要求2所述的一种塔式太阳能吸热器聚焦光斑能流密度分布的计算方法，其特征在于，所述太阳辐照度计算如下：

其中，m为计算日期在当年中的顺序，β(t)表示太阳高度角，c表示与大气透明度有关的系数。

4.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能吸热器聚焦光斑能流密度分布的计算方法，其特征在于，所述定日镜n在吸热器接收面上的光斑在吸热器纵向截面上投影的半径计算为：

R_n＝tana·l_n

其中，a为太阳圆盘锥角，x_n和y_n为定日镜n的镜面中心点的横坐标和纵坐标。

5.根据权利要求1所述的一种塔式太阳能吸热器聚焦光斑能流密度分布的计算方法，其特征在于，所述计算定日镜在吸热器接收面上的投射光斑投影到吸热器纵向截面上的能流密度，包括：

其中，f_n′为定日镜n在吸热器接收面上的投射光斑投影到吸热器纵向截面上的能流密度，S′为定日镜光斑在吸热器纵向截面上的投影面积。

6.根据权利要求5所述的一种塔式太阳能吸热器聚焦光斑能流密度分布的计算方法，其特征在于，所述计算吸热器接收面上每一点的能流密度值，得到吸热器的能流密度分布，包括：

将吸热器接收面用网格划分为M_x×M_y个点；

对吸热器接收面上的每一个点进行坐标系变换，得到该点在吸热器纵向截面上的坐标；

遍历所有的定日镜，依次判断该点是否在定日镜在吸热器接收面上的投射光斑内，若在，则将该投影光斑在吸热器纵向截面上的能流密度值叠加到该点的能流密度值；

判断完所有的定日镜，得到吸热器接收面该点的能流密度值；

以此类推，计算完成吸热器接收面上所有点的能流密度值，从而在matlab中拟合出吸热器的能流密度分布图。