(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111321651.7 (22)申请日 2021.11.09 (71)申请人 南阳理工学院 地址 473000 河南省南阳市长江路80号 申请人 河南工业职业 技术学院 (72)发明人 王海红　季祥　李仁　翟天嵩　 石新龙　屈保中　周航　张华文　 (74)专利代理 机构 西安吉顺和知识产权代理有 限公司 61238 代理人 朱炳亚 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 17/11(2006.01) G06F 17/18(2006.01) G06Q 10/04(2012.01)G06Q 50/06(2012.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种随机风载荷下张拉膜太阳能聚光器聚 光性能预测方法 (57)摘要 本发明属于聚光太阳能发电领域， 具体是一 种基于自回归线性滤波方法随机风载荷下张拉 膜太阳能聚光器聚光性能预测方法， 其特征是： 至少包括如下步骤： 步骤1、 依据脉动风速计算每 个张拉膜单元所受风压情况， 生成风压加载文 件； 步骤2、 使用有限元瞬态动力学分析模块； 步 骤3、 根据步骤2中的计算张拉膜面节点形变结 果， 重构张拉膜聚光器的反光膜面， 计算形变后 反光膜面的法向量及入射光线的反射方程， 统计 收集器光线辐射能流密度情况， 计算光学聚光 比。 它具有精度高、 稳定性好、 计算量小、 速度快 的特点。 权利要求书3页 说明书7页 附图4页 CN 114117846 A 2022.03.01 CN 114117846 A 1.一种随机风载荷下张拉膜太阳能聚光器聚光性能预测方法， 其特征是： 至少包括如 下步骤： 步骤1、 依据脉动风速计算每 个张拉膜单 元所受风压情况， 生成风压加载文件； 步骤2、 使用有限元瞬态动力学分析模块， 将时程风载荷作为瞬态载荷施加于形态设计 后的张拉膜 聚光器模型上， 计算张拉膜模型在随机风载荷作用下聚光功能形面形变， 提取 随机风载荷作用下张拉膜面节点形变量； 步骤3、 根据步骤2中的计算张拉膜面节点形变结果， 重构张拉膜聚光器的反光膜面， 计 算形变后反光膜面的法向量及入射光线的反射方程， 统计收集器光线辐 射能流密度情况， 计算光学聚光比。 2.根据权利要求1所述的一种随机风载荷下张拉膜太阳能聚光器聚光性能预测方法， 其特征是： 所述步骤1至少包括如下步骤： 步骤1.1： 设定张拉膜聚光器工作在脉动风载荷状态下， 平均风速 脉动风 速(v(x,y,z,Δt)， 设定瞬态随机风载荷作用在聚光器的时长T； 聚光器上任一点的风速V为 平均风速和脉动风速之和： 其中x， y， z为工作笛卡尔坐标系中随机载荷作用点的位置， Δt是时间变量， 风压值F是 反光膜面的风压 式中， C是风压面的压 差系数, ρ 是空气质量密度， A风压面积； V是膜面单 元所受风速； 步骤1.2使用多维自回归(AR)方法模拟脉动风载荷， Vtotal＝[V1,V2...,Vm]                      (3) 与式(3)(4)对应， 使用公式(2)计算对应每个张拉膜面网格单元的风压值， Ftotal是整个 脉动风载荷历程的集 合， Fk是一个kΔt时间段的风载荷： Ftotal＝[F1,F2...,Fm]                    (5) 式中k＝1,2...,m； Δt是模拟风速时程的时间步长， 得到作用于膜面上的随机风载荷 Vk， Vk是kΔt时间段的风速， 是S行的列向量， Vtotal是整个脉动风历程的风速集合； Vtotal是整 个风速历程的脉动风速由m组脉动风速Vk组成， m＝T/ Δt； 步骤1.3 通过matlab软件中使用fprintf命令将公式(5)、 (6)得到的张拉膜面 的风压值生成包 括m个对应kΔt瞬态脉动风载荷的txt文件； 每个txt文件对应一个kΔt时间段的随机风载荷， 其包含S条ANSYS  APDL的sfe命令组 成， 每条sfe命令将随机风载荷值施加于对应的张拉膜面单个三角形 单元上。 3.根据权利要求1所述的一种随机风载荷下张拉膜太阳能聚光器聚光性能预测方法， 其特征是： 所述步骤2： 具体描述如下： 所述张拉膜聚光器张拉膜面的三角形单元顶点坐标权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114117846 A 2为V＝[x,y,z]， 所述张拉膜聚光器的膜面节点个数为p， 即节点对应的坐 标为x＝[x1,x2..., xp]T， y＝[y1,y2...,yp]T， z＝[z1,z2...,zp]T； 具体描述用如下步骤实现： 步骤2.1： 在ANSYS软件瞬态分析模块对结构进行瞬态风载荷仿真分析。 使用ANSYS  APDL的* do…*enddo命令结合命令 /input循环读入m个瞬态载荷txt文件。 首先给定变量 i＝1， 判断i是否小于m； 然后用ANSYS/i nput命令读入第i个瞬态载荷文件； 在ANSYS软件中将瞬态载荷于张拉膜面上， 并求 解。 求解整个T时间段内瞬态风载荷作用下张拉膜面形变情况,给 出了详细的流 程。 步骤2.2： 获取张拉膜面节点在瞬态风载荷作用下的变化， 计算变化后的膜面节点位 置； 提取张拉膜面节点在脉动风载荷作用下的形变量ΔV， ΔV＝[Δx,Δy,Δ z]    (7) 变形后的张拉膜面网格节点 坐标Vtran可以表示 为： Vtran＝V+ΔV＝[xtran,ytran,ztran]＝[x+Δx,y+Δy,z+Δ z]     (8) 式中Δx＝[Δx1， Δx2...， Δxm]T； 式中i＝1, 2...,m， Δy和Δ z具有与Δx具有相同的形式。 4.根据权利要求1所述的一种随机风载荷下张拉膜太阳能聚光器聚光性能预测方法， 其特征是： 所述步骤3包括如下步骤： 步骤3.1： 整个瞬态过程的法向量可表示 为 N＝[n1,n2...， nm]    (9) 对应kΔt时刻的反光膜面 三角形单元法线可由式(9)计算 式中j＝1,2. ..,m 举例说明如下： 对于kΔt时刻任一三角形单元a， 其三个顶点坐标为(x1,y1,z1)， (x2,y2, z2)， (x3,y3,z3)， Δ·(kΔt)是kΔt时刻三角形 单元a三个顶点的形变量， ·表示x,y,z 。 三角形张拉膜单元会产生镜面反射， 将入射三角形单元内的太阳能光线反射至焦平 面， 根据菲涅尔反射定理可计算反射 光线方程： L1＝L0‑2(n·L0)·n    (12) 式中L0为入射光线， L1为反射光线， n是法向矢量； 步骤3.2： 设接收器的半径为r则当 则光线落入接收器内， 统计落入接收器内 的光线数量， 即可 得到每个瞬态kΔt时刻接收器的平均辐射能流密度 平均光学聚光比定义 为接收面上的平均辐射能流密度与入射平均能流密度之比：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114117846 A 3