论文部分内容阅读
一、问题的引入
在《太阳能》杂志2008年第11期《对太阳能利用中阳光采集问题的探讨》一文中所述的太阳能集光装置图1所示，它由集光管和反光板组成，其反光板的反光面是与集光管外表面相适配的渐伸面。该太阳能集光装置的显著优点：一是它能将反光板反光面所接受的平行于集光管横截面的阳光全部反射到集光管外表面上；二是提高了反光板的受光面积；三是集光装置的位置固定。但它的不足在于：一是集光部件限于管状体；二是该集光装置限于柱状体。能否有一种方法?使运用此方法所组合的太阳能集光装置既保留图1所示太阳能集光装置其优点，又克服图1所示太阳能集光装置之不足。这便是本文所要探讨和解决的问题。
二、解决问题的方法
通过对图1所示太阳能集光装置的认真分析，得到解决上述问题的方法，其具体步骤为：
步骤1：设计确定任意一种形状的集光部分；
步骤2：选择一条适合步骤1所述集光部分的轴线，它可以是直线，也可以是曲线；
步骤3：垂直步骤2所述轴线逐层横切步骤1所述集光部分，每次横切均得到相应的轮廓线；
步骤4：作与步骤3所述轮廓线相适配的渐伸线，它可以是1条，也可以是2条；
步骤5：将步骤4所述渐伸线组成上述反光部分的反光面：
步骤6：将带有步骤5所述反光面的反光部分与步骤1所述集光部分组成太阳能集光装置。
上述渐伸线是指：将一根足够长但不能伸长的柔性细绳的一端与上述轮廓线的一点固定，拉紧此绳让它与上述轮廓线紧帖或部分紧帖在一起，取与上述轮廓线紧帖在一起的一绳点为动点，在紧拉此绳的同时使此动点逐渐伸开，则此动点的运动轨迹即为上述轮廓线的渐伸线。
因为上述渐伸线与太阳能集光装置反光部分的反光面直接相关，还因为太阳能集光装置反光部分反光面的实际作用是接受与反射阳光，所以上述渐伸线的最高点不能高于其对应轮廓线的最高点。
三、举例说明
举例一：组成图5所示太阳能集光装置的具体方法步骤为：
步骤1：设计确定图2所示形状的集光部分，它为非管状体；
步骤2：选择图2中所示的直线a为适合图2中所示集光部分的一条轴线；
步骤3：垂直直线a逐层横切图2所示的集光部分，每次横切所得的轮廓线均与图3所示的闭合线全等；
步骤4：作与图3所示闭合线相适配的1条渐伸线，其作法是：将一根足够长但不能伸长的柔性细绳的一端与图3所示闭合线的g点固定，拉紧此绳让它沿图3所示闭合线依次与图3所示闭合线上的e、d、c三点紧帖在一起，而此绳不经过f点，所以此绳与图3所示闭合线为部分紧帖在一起，取c点处的绳点为动点，在紧拉此绳的同时使此动点逐渐伸开，伸开过程中此动点的运动轨迹就是与图3所示闭合线相适配的渐伸线，如图3中所示的曲线，此曲线的最高点不高于图3所示闭合线的最高点；
步骤5：由许多全等图3所示曲线的渐伸线组成反光部分的反光面，如图4所示；
步骤6：将带有图4所示反光面的反光部分与图2所示的集光部分组成图5所示的太阳能集光装置。
举例二：组成图9所示太阳能集光装置的具体方法步骤为：
步骤1：设计确定图6所示形状的集光部分，它为非管状体；
步骤2：选择图6中所示的曲线b为适合图6中所示集光部分的一条轴线；
步骤3：垂直曲线b逐层横切图6所述集光部分，每次横切所得的轮廓线均与图7所示的梯形相似；
步骤4：作与图7所示梯形相适配的2条渐伸线，其作法是：将一根足够长但不能伸长的柔性细绳的一端与图7所示梯形的n点固定，拉紧此绳让它沿图7所示梯形依次与图7所示梯形上的k、m两点紧帖在一起，取m点处的绳点为动点，在紧拉此绳的同时使此动点逐渐伸开，伸开过程中此动点的运动轨迹就是与图7所示梯形相适配的1条渐伸线，如图7所示的曲线1。另外将一根足够长但不能伸长的柔性细绳的一端与图7所示梯形的0点固定，拉紧此绳让它沿图7所示梯形依次与图7所示梯形上的p、m两点紧帖在一起，取m点处的绳点为动点，在紧拉此绳的同时使此动点逐渐伸开，伸开过程中此动点的运动轨迹就是与图7所示梯形相适配的另1条渐伸线，如图7所示的曲线2，图7所示曲线1、2的最高点不高于图7所示梯形的最高点；
步骤5：由许多相似图7所示曲线1、2的渐伸线组成反光部分的反光面，如图8所示；
步骤6：将带有图8所示反光面的反光部分与图6所示的集光部分组成图9所示的太阳能集光装置，它为非柱体。
四、结论
对于任意一种形状的集光部分，都可用上述方法组成相应的太阳能集光装置，这种太阳能集光装置反光部分的反光面为与集光部分相适配的渐伸面，从而具备了图1所示太阳能集光装置位置固定、采光效率高、受光面积大的优点。同时又克服了图1所示太阳能集光装置集光部件限于管状体和集光装置限于柱状体之不足。上述方法可广泛应用在太阳能利用中的阳光集光环节，特别是集光部分为特殊形状的阳光集光环节。
关于阳光通过上述太阳能集光装置中反光面后的光路分析，以及上述太阳能集光装置其最大受光面积和效率的计算方法，在《太阳能》杂志2008年第11期《对太阳能利用中阳光采集问题的探讨》一文中已有相应的描述，在此不再论述。
在《太阳能》杂志2008年第11期《对太阳能利用中阳光采集问题的探讨》一文中所述的太阳能集光装置图1所示，它由集光管和反光板组成，其反光板的反光面是与集光管外表面相适配的渐伸面。该太阳能集光装置的显著优点：一是它能将反光板反光面所接受的平行于集光管横截面的阳光全部反射到集光管外表面上；二是提高了反光板的受光面积；三是集光装置的位置固定。但它的不足在于：一是集光部件限于管状体；二是该集光装置限于柱状体。能否有一种方法?使运用此方法所组合的太阳能集光装置既保留图1所示太阳能集光装置其优点，又克服图1所示太阳能集光装置之不足。这便是本文所要探讨和解决的问题。
二、解决问题的方法
通过对图1所示太阳能集光装置的认真分析，得到解决上述问题的方法，其具体步骤为：
步骤1：设计确定任意一种形状的集光部分；
步骤2：选择一条适合步骤1所述集光部分的轴线，它可以是直线，也可以是曲线；
步骤3：垂直步骤2所述轴线逐层横切步骤1所述集光部分，每次横切均得到相应的轮廓线；
步骤4：作与步骤3所述轮廓线相适配的渐伸线，它可以是1条，也可以是2条；
步骤5：将步骤4所述渐伸线组成上述反光部分的反光面：
步骤6：将带有步骤5所述反光面的反光部分与步骤1所述集光部分组成太阳能集光装置。
上述渐伸线是指：将一根足够长但不能伸长的柔性细绳的一端与上述轮廓线的一点固定，拉紧此绳让它与上述轮廓线紧帖或部分紧帖在一起，取与上述轮廓线紧帖在一起的一绳点为动点，在紧拉此绳的同时使此动点逐渐伸开，则此动点的运动轨迹即为上述轮廓线的渐伸线。
因为上述渐伸线与太阳能集光装置反光部分的反光面直接相关，还因为太阳能集光装置反光部分反光面的实际作用是接受与反射阳光，所以上述渐伸线的最高点不能高于其对应轮廓线的最高点。
三、举例说明
举例一：组成图5所示太阳能集光装置的具体方法步骤为：
步骤1：设计确定图2所示形状的集光部分，它为非管状体；
步骤2：选择图2中所示的直线a为适合图2中所示集光部分的一条轴线；
步骤3：垂直直线a逐层横切图2所示的集光部分，每次横切所得的轮廓线均与图3所示的闭合线全等；
步骤4：作与图3所示闭合线相适配的1条渐伸线，其作法是：将一根足够长但不能伸长的柔性细绳的一端与图3所示闭合线的g点固定，拉紧此绳让它沿图3所示闭合线依次与图3所示闭合线上的e、d、c三点紧帖在一起，而此绳不经过f点，所以此绳与图3所示闭合线为部分紧帖在一起，取c点处的绳点为动点，在紧拉此绳的同时使此动点逐渐伸开，伸开过程中此动点的运动轨迹就是与图3所示闭合线相适配的渐伸线，如图3中所示的曲线，此曲线的最高点不高于图3所示闭合线的最高点；
步骤5：由许多全等图3所示曲线的渐伸线组成反光部分的反光面，如图4所示；
步骤6：将带有图4所示反光面的反光部分与图2所示的集光部分组成图5所示的太阳能集光装置。
举例二：组成图9所示太阳能集光装置的具体方法步骤为：
步骤1：设计确定图6所示形状的集光部分，它为非管状体；
步骤2：选择图6中所示的曲线b为适合图6中所示集光部分的一条轴线；
步骤3：垂直曲线b逐层横切图6所述集光部分，每次横切所得的轮廓线均与图7所示的梯形相似；
步骤4：作与图7所示梯形相适配的2条渐伸线，其作法是：将一根足够长但不能伸长的柔性细绳的一端与图7所示梯形的n点固定，拉紧此绳让它沿图7所示梯形依次与图7所示梯形上的k、m两点紧帖在一起，取m点处的绳点为动点，在紧拉此绳的同时使此动点逐渐伸开，伸开过程中此动点的运动轨迹就是与图7所示梯形相适配的1条渐伸线，如图7所示的曲线1。另外将一根足够长但不能伸长的柔性细绳的一端与图7所示梯形的0点固定，拉紧此绳让它沿图7所示梯形依次与图7所示梯形上的p、m两点紧帖在一起，取m点处的绳点为动点，在紧拉此绳的同时使此动点逐渐伸开，伸开过程中此动点的运动轨迹就是与图7所示梯形相适配的另1条渐伸线，如图7所示的曲线2，图7所示曲线1、2的最高点不高于图7所示梯形的最高点；
步骤5：由许多相似图7所示曲线1、2的渐伸线组成反光部分的反光面，如图8所示；
步骤6：将带有图8所示反光面的反光部分与图6所示的集光部分组成图9所示的太阳能集光装置，它为非柱体。
四、结论
对于任意一种形状的集光部分，都可用上述方法组成相应的太阳能集光装置，这种太阳能集光装置反光部分的反光面为与集光部分相适配的渐伸面，从而具备了图1所示太阳能集光装置位置固定、采光效率高、受光面积大的优点。同时又克服了图1所示太阳能集光装置集光部件限于管状体和集光装置限于柱状体之不足。上述方法可广泛应用在太阳能利用中的阳光集光环节，特别是集光部分为特殊形状的阳光集光环节。
关于阳光通过上述太阳能集光装置中反光面后的光路分析，以及上述太阳能集光装置其最大受光面积和效率的计算方法，在《太阳能》杂志2008年第11期《对太阳能利用中阳光采集问题的探讨》一文中已有相应的描述，在此不再论述。