弗雷西奈預(yù)應(yīng)力法概念

弗雷西奈：法國(guó)杰出土木工程師弗雷西奈（E.Fregssent）。他的貢獻(xiàn)使預(yù)應(yīng)力混凝土進(jìn)入了實(shí)用階段，使得混凝土結(jié)構(gòu)可以用來建造大跨結(jié)構(gòu)。計(jì)算理論：前蘇聯(lián)著名混凝土結(jié)構(gòu)專家格沃捷夫提出了考慮混凝土塑性性能的破壞階段設(shè)計(jì)法。50年代，極限狀態(tài)設(shè)計(jì)方法奠定了現(xiàn)代鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的基本計(jì)算理論。

預(yù)應(yīng)力法：在工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外荷載之前,對(duì)受拉模塊中的鋼筋，施加預(yù)拉應(yīng)力,提高構(gòu)件的剛度,推遲裂縫出現(xiàn)的時(shí)間,增加構(gòu)件的耐久性。對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)來看，其含義為預(yù)先使其產(chǎn)生應(yīng)力，其好處是可以提高構(gòu)造本身剛性，減少振動(dòng)和彈性變形這樣做可以明顯改善受拉模塊的強(qiáng)度，使原本的抗性更強(qiáng)。

預(yù)應(yīng)力在工程結(jié)構(gòu)構(gòu)件承受外荷載之前,對(duì)受拉模塊中的鋼筋，施加預(yù)拉應(yīng)力,提高構(gòu)件的剛度,推遲裂縫出現(xiàn)的時(shí)間,增加構(gòu)件的耐久性。對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)來看，其含義為預(yù)先使其產(chǎn)生應(yīng)力，其好處是可以提高構(gòu)造本身剛性，減少振動(dòng)和彈性變形這樣做可以明顯改善受拉模塊的強(qiáng)度，使原本的抗性更強(qiáng)。

預(yù)應(yīng)力工藝prestressingtechnique

制作預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的施工技術(shù)和相應(yīng)設(shè)施。包括預(yù)應(yīng)力筋制作、預(yù)應(yīng)力筋孔道成形、預(yù)應(yīng)力筋張拉和錨固及孔道灌漿等工序。2100433B

集熱器設(shè)計(jì)

線聚焦弗雷內(nèi)爾集熱器通過其反射鏡陣列將光線全部反射到吸收其中，并隨太陽位置的變化，反射鏡陣列同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)運(yùn)動(dòng)。

線聚焦弗雷內(nèi)爾反射式太陽能集熱器的反射鏡設(shè)計(jì)有兩種不同的方法，反射陣列鏡面設(shè)計(jì)可以按照等寬度設(shè)計(jì)，也可按照寬度變化的反射鏡陣列來進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過設(shè)計(jì)寬度、間距變化的反射鏡陣列，可有效實(shí)現(xiàn)吸收器焦面上能流密度均勻分布，吸收器內(nèi)載熱流體的傳熱性能將得到大幅度的提升，但同時(shí)由于每一列的鏡片寬度均不同，給設(shè)計(jì)和制造帶來了較大的困難，造成此種設(shè)計(jì)方式成本較高。本文選用等寬度反射鏡陣列設(shè)計(jì)方法來進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)由于工業(yè)生產(chǎn)要求，反射鏡寬度較大而吸收器的開口寬度一般較小，易發(fā)生光斑寬度大于吸收器口徑，造成光學(xué)效率的損失。根據(jù)Jorge Facao的研究，其采用具有微小弧度的柱面鏡，具有良好的聚焦效果，本文中反射鏡全部選用輕質(zhì)的室外鋁材質(zhì)，具有非常強(qiáng)的型面可塑性，實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求的鏡面的微小弧度在工藝上非常簡(jiǎn)易方便。所以采用了等寬度的柱面鏡設(shè)計(jì)，在降低工藝要求和加工難度的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了太陽能的良好聚焦。具體設(shè)計(jì)流程如下：

鏡場(chǎng)分布設(shè)計(jì)基于如下假設(shè)：

（1）跟蹤系統(tǒng)精度高，能夠根據(jù)追日算法精確追蹤，不考慮由于控制系統(tǒng)原因帶來的誤差。

（2）太陽光到達(dá)鏡面光線認(rèn)為是直射光線，在反射鏡陣列發(fā)生鏡面反射。 圖1給出了典型的線聚焦弗雷內(nèi)爾經(jīng)常設(shè)計(jì)示意圖，當(dāng)太陽光線垂直入射到反射陣列時(shí)，在反射鏡中發(fā)生鏡面發(fā)射，通過鏡面反射，根據(jù)幾何光學(xué)的原理，通過計(jì)算角度和距離使其焦點(diǎn)位于吸收器的吸收管中心處，由于吸收器的吸收管中心位置已給定，根據(jù)幾何光學(xué)原理的對(duì)稱性即可計(jì)算出不同位置的反射鏡所應(yīng)具有的鏡面傾角了，確定各列反射鏡傾角后，需進(jìn)一步確定各列反射鏡之間的間距以防各列反射鏡相互之間造成互相遮擋，影響光學(xué)效率，令光線經(jīng)過一列反射鏡反射的光線通過相鄰反射鏡邊緣點(diǎn)，此時(shí)相鄰兩反射鏡間的間距即為反射鏡陣列的臨界間距，在集熱陣列的實(shí)際設(shè)計(jì)中，間距不得小于此數(shù)值，否則將出現(xiàn)光線的相互遮擋。

光學(xué)性能分析

弗雷內(nèi)爾集熱器的光學(xué)效率是太陽能集熱鏡場(chǎng)設(shè)計(jì)中最為重要的物理參數(shù)，其受到很多因素的影響，包括弧形反射鏡材料的反射性質(zhì)，腔體吸收器表面涂層的吸收性質(zhì)，太陽位置的逐時(shí)變化會(huì)造成光學(xué)效率的余弦損失，同時(shí)由于太陽高度角較低時(shí)，會(huì)引起集熱器的末端損失，弗雷內(nèi)爾集熱陣列的光學(xué)損失在整個(gè)過程中的能量損失中占比很大。

1、純光學(xué)效率

集熱器的純光學(xué)效率是指不考慮太陽位置引起的余弦損失，由于太陽高度角造成的末端損失，跟蹤誤差引起的追日偏差的光學(xué)效率，其直接反映了鏡場(chǎng)反射材料、吸收器表面涂層，聚光性能的優(yōu)劣。下表為模擬中采用的光學(xué)特性參數(shù)。

純光學(xué)效率定義為：

η₀=

式中：

Q_u——吸收器吸收的熱量；

I_b——太陽直射輻射量；

A_c——反射鏡總面積。

2、集熱器光學(xué)效率

在線性弗雷內(nèi)爾聚光系統(tǒng)中，為將太陽光反射到固定目標(biāo)上，反射鏡表面不可能與入射光線垂直，會(huì)產(chǎn)生一定的角度(θ)。余弦損失就是由于這種傾斜所導(dǎo)致的反射鏡表面面積相對(duì)于太陽光可見面積的減少而產(chǎn)生的，余弦損失后的剩余能量與入射能量之比為cosθ，余弦損失為1-cosθ。

陰影損失發(fā)生在當(dāng)反射鏡的反射面處于相鄰一個(gè)或多個(gè)反射鏡的陰影下，而不能接收到太陽輻射能的情況。當(dāng)太陽入射光線與水平面的夾角越小時(shí)，此損失較嚴(yán)重。吸熱器或其他物體的遮擋也可能對(duì)系統(tǒng)造成一定的陰影損失?？紤]陰影損失后的剩余能量占入射能量的百分比稱為陰影效率。

當(dāng)反射鏡雖未處于陰影區(qū)下，但其反射的太陽輻射能因相鄰反射鏡背面的遮擋而不能被吸熱器接收所造成的損失稱為遮擋損失?？紤]遮擋損失后的剩余能量占入射能量的百分比稱為遮擋效率。

腔體吸收器熱性能分析

腔體吸收器的熱量損失對(duì)于整個(gè)弗雷內(nèi)爾集熱陣列的集熱效率具有重要的影響，為了分析系統(tǒng)中方形腔體吸收器的熱損機(jī)理，通過建立二維模型，分析了導(dǎo)熱、自然對(duì)流、輻射等傳熱方式的耦合作用，得到腔體吸收器在不同的工作溫度下的總熱損及熱損系數(shù)，并對(duì)熱損的組成部分進(jìn)行了分析，并分析其隨著工作溫度變化的變化情況，確定影響熱損的主要因素，通過模擬分析得到減小熱損的方法和建議。

在方形腔體吸收器的網(wǎng)格模型中，為了簡(jiǎn)化模型的物理結(jié)構(gòu)，3根不銹鋼管管束用3個(gè)半圓弧來表征，不銹鋼管束被絕熱材料包裹良好以最大程度減少熱損；為模擬腔體吸收器在大空間的實(shí)際發(fā)生自然對(duì)流作用下的熱損工況，利用正方形大空間表征腔體吸收器所處大空間，大空間邊長(zhǎng)為1.5m，大空間中空氣處于自然對(duì)流狀態(tài)，且空氣可自由流動(dòng)。

常用的太陽能聚光方式主要有四種形式:槽式、塔式、碟式和弗雷內(nèi)爾式四種。前三種方式因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)換的利用率高，主要用于太陽能熱發(fā)電，而弗雷內(nèi)爾式雖然聚光比沒有前三種方式高，但其主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)為：

（1）系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)和維護(hù)成本較低；

(2)使用固定的吸熱器，可以避免因吸熱器隨聚光裝置跟蹤運(yùn)動(dòng)而帶來的高溫高壓的管路密封與連接問題；

(3)使用廉價(jià)的平面或可彈性彎曲的反射鏡代替昂貴的拋物型反射鏡，制造安裝更為簡(jiǎn)單；

(4)由于反射鏡近地安裝，大大減少風(fēng)阻，對(duì)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的要求也大為減少；

(5)若每一個(gè)反射陣列采用單獨(dú)跟蹤控制，可方便清洗、冰雹保護(hù)、光學(xué)控制；

(6)孔徑朝下的腔式吸熱裝置便于獲得直接蒸汽發(fā)電（DSG）。因此，弗雷內(nèi)爾集熱器不僅可以產(chǎn)生高溫高壓用于熱發(fā)電，也廣泛用于酒店、采暖、太陽能空調(diào)、紡織、造紙、海水淡化處理、烘干等各種需要熱水和熱蒸汽的中溫場(chǎng)合。

國(guó)外開展弗雷內(nèi)爾技術(shù)的研究及應(yīng)用較早，主要用于太陽能熱發(fā)電，如2008年10月，AREVA太陽能公司在加利福尼亞州的貝克斯菲爾德完成了美國(guó)第一個(gè)商業(yè)化的弗雷內(nèi)爾系統(tǒng)，該系統(tǒng)能產(chǎn)生25MWt的熱能，驅(qū)動(dòng)鄰近電廠的蒸汽輪機(jī)產(chǎn)生5MW的電力。2009年3月德國(guó)NOVATEC BIOSOL公司在西班牙建成了一座1.4MW的商業(yè)化弗雷內(nèi)爾太陽能發(fā)電站PE1，蒸汽溫度270℃、壓力為55bar，并直接推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。相比而言，我國(guó)開展這方面的研究起步較晚，絕大多數(shù)科研院所還處于收集試驗(yàn)數(shù)據(jù)階段，依舊停留在實(shí)驗(yàn)示范的水平。目前，皇明公司已在山東德州建立了2.5MW的示范工程，利用弗雷內(nèi)爾反射聚光鏡場(chǎng)的直接蒸汽生成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)太陽能熱發(fā)電、空調(diào)制冷以及工業(yè)用熱的一體化設(shè)計(jì)。

太陽能集熱的聚光裝置一般都安裝一套跟蹤控制系統(tǒng)，使得聚光的設(shè)備，塔式太陽能熱發(fā)電中所用的定日鏡、弗雷內(nèi)爾式中所用的平面反射鏡能夠每天隨太陽角度變化而相應(yīng)的自動(dòng)變化，從而最大限度的集熱或者發(fā)電，通過采用各類型不同的跟蹤方式以及更為精確的追日算法，能夠有效的減小跟蹤誤差所帶來的光學(xué)效率損失，從而更大程度的充分利用太陽能。He等人利用蒙特卡羅追跡法，通過改變弗雷內(nèi)爾反射鏡鏡面寬度來來研究其對(duì)集熱陣列光學(xué)性能的影響。Dai等人提出了一種新的弗雷內(nèi)爾集熱器跟蹤控制策略，傳統(tǒng)的線聚焦弗雷內(nèi)爾集熱器按照一維跟蹤的方式進(jìn)行，新的跟蹤策略采用兩維跟蹤的方式，吸收器與反射陣列同時(shí)移動(dòng)，盡可能達(dá)到光線的垂直入射，對(duì)光學(xué)效率的提升有很大作用，但同時(shí)跟蹤系統(tǒng)成本也大幅提高。Abbas等人采用基于兩種特殊的反射鏡形式的線性弗雷內(nèi)爾聚光鏡場(chǎng)進(jìn)行研究，在理論研究基礎(chǔ)上，提出了一種新的腔體吸收器，該腔體吸收器由管束直接成型，通過實(shí)驗(yàn)和理論分析得到該類型腔體吸收器在大大降低生產(chǎn)成本的同時(shí)能夠做到全天可靠、高效的吸收太陽能熱量。

Singh等人研究了基于直通式的金屬圓管，在表面涂以吸收涂層的方式的吸收器形式，隨著反射鏡數(shù)量的增加，弗雷內(nèi)爾集熱系統(tǒng)熱效率依次降低，并研究了基于梯形結(jié)構(gòu)腔體吸收器的線性弗雷內(nèi)爾反射鏡太陽能集熱器，該類型腔體吸收器在高溫應(yīng)用中熱損失較大，較適宜應(yīng)用于中低溫太陽能供熱制冷應(yīng)用中。同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)表面管束型的腔體吸收器可獲得更高的集熱效率。林蒙在線聚焦弗雷內(nèi)爾反射式太陽能集熱器的基礎(chǔ)上，提出了點(diǎn)聚焦二次反射太陽能聚光系統(tǒng)，并提出了點(diǎn)聚焦塔式集熱器的設(shè)計(jì)流程，利用光線追蹤法，對(duì)弗雷內(nèi)爾線聚焦和點(diǎn)聚焦反射式太陽能集熱器進(jìn)行光學(xué)性能分析，研究跟蹤策略、入射角、吸收器形式等因素對(duì)兩種弗雷內(nèi)爾反射式太陽能集熱器光學(xué)性能的影響。利用CCD相機(jī)和圖像處理技術(shù)對(duì)焦面處光斑能流密度分布進(jìn)行測(cè)量。謝文韜]對(duì)采用腔體吸收器的聚光太陽能光熱轉(zhuǎn)換過程進(jìn)行熱力學(xué)分析，對(duì)太陽能光熱轉(zhuǎn)換模型進(jìn)行修正，得出基于熱力學(xué)第二定律光熱轉(zhuǎn)換效率的完整表達(dá)式。設(shè)計(jì)加工八種不同形狀的點(diǎn)聚焦腔體吸收器和八種不同形狀的線聚焦腔體結(jié)構(gòu)吸收器，結(jié)合弗雷內(nèi)爾透鏡和弗雷內(nèi)爾反射鏡對(duì)其光學(xué)性能和熱性能進(jìn)行理論與實(shí)驗(yàn)研究，得到最優(yōu)的點(diǎn)聚焦和線聚焦腔體結(jié)構(gòu)形式。

Bermejo等人建立了一個(gè)線性弗雷內(nèi)爾反射鏡太陽能集熱器驅(qū)動(dòng)的雙效吸收式空調(diào)系統(tǒng)，制冷量為180kW，日平均集熱效率為35%，最高集熱效率為40%，制冷機(jī)日平均約為COP1.1，當(dāng)應(yīng)用地區(qū)全年太陽能保證率達(dá)到0.75時(shí)，基于獲得的太陽能集熱量計(jì)算得到的COP可達(dá)到0.44。此外，Chemisana等人研究了基于線聚焦的中溫太陽能空調(diào)系統(tǒng)，所產(chǎn)生的太陽能熱量作為熱源供給雙效溴化鋰吸收式制冷機(jī)，并通過與基于真空管集熱器的單效溴化鋰吸收式制冷系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，指出弗雷內(nèi)爾集熱式太陽能空調(diào)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)與不足。

浙江弗雷克智能技術(shù)有限公司（簡(jiǎn)稱：弗雷克智能），品牌FORICK，以智能產(chǎn)品為核心主體的智能產(chǎn)品研發(fā)生產(chǎn)類公司。