Величина
η
кп
зависит от геометрических и оптико-механических параме-
тров всех элементов СКП и в отличие от геометрического КПД учитывает
потери тепловой мощности приемником из-за излучения в результате нагре-
ва. Поэтому при увеличении, например, отверстия полостного приемника
энергетический КПД падает. Это позволяет определить оптимальное соот-
ношение габаритных размеров ЗКП и приемника при заданных оптических
характеристиках их рабочих поверхностей и требованиях к функционирова-
нию ВТСЭУ.
Таким образом, знание
η
кп
позволяет определить геометрические и мас-
совые характеристики СКП, а возможность промоделировать влияние раз-
личных параметров (условия функционирования, точность изготовления ра-
бочих поверхностей и т.д.) позволяет принять рациональные конструктивные
и технологические решения.
Проанализировав описанные основные характеристики СКП, можно сде-
лать вывод, что основополагающим для их нахождения, а также для по-
следующего принятия конструктивных и технологических решений является
определение радиационных характеристик элементов СКП и связанных с
ними полей отраженных тепловых потоков (облученности) и температур.
Моделирование радиационного теплообмена.
За последние десятиле-
тия было предложено и разработано множество методов как эксперимен-
тальных, так и вычислительных, позволяющих определять характеристики
радиационного теплообмена в СКП различной конфигурации. Данные ме-
тоды развивались параллельно с потребностями практики и возможностями
вычислительной техники, постепенно усложняясь и повышая точность полу-
чаемых результатов.
Экспериментально было установлено [6], что распределение облученно-
сти в фокальном пятне реального параболоида хорошо аппроксимируется
кривой Гаусса. В результате исследования точностных характеристик (абер-
рограмм) зеркал, главным образом проводимых на прожекторных параболои-
дах [6], было установлено, что энергетические характеристики концентратора
носят статистический характер и непосредственно связаны с распределением
неровностей по рабочим поверхностям ЗКС. На основе этих исследований
была предложена вероятностная модель радиационного теплообмена. Полно-
ценная реализация этой модели стала возможна только в результате развития
электронной вычислительной техники и связанных с ней численных методов.
Среди численных методов особый интерес представляют методы Монте-
Карло [8, 9], которые впервые были применены к решению задач переноса
энергии излучения Д.Р. Хауэллом [9]. В настоящее время общепризнанна
эффективность методов Монте-Карло для статистического моделирования
технических систем, находящихся под воздействием случайных факторов, в
том числе и для задач теплообмена излучением.
При вероятностном подходе поток излучения, падающий на исследуе-
мую поверхность и отражающийся от нее, удобно представить в виде набора
дискретных порций (пучков) [1, 2, 4] определенной длины волны и энергии,
суммарно реализующих спектр и плотность энергии излучения, например
солнечного, в данной области пространства. Проследив движение каждого
пучка (переотражение с потерей энергии) в рассматриваемой системе до мо-
мента либо его полного поглощения, либо вылета из этой системы, можно
получить ее радиационные характеристики и распределение облученности.
Такая модель позволяет моделировать поведение луча (потерю энергии, на-
правление отражения) в точке его контакта с отражающей поверхностью
(рис. 3) с помощью функций распределения случайных величин [8, 9] и из-
бежать многих трудностей, присущих процессам усреднения зависимости
радиационных свойств отражающей поверхности от длины волны, направле-
ния отражения и температуры.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2011. № 1 85
