塔式太阳能热发电系统是一种集中式热发电系统,其工作原理是利用多个独立跟踪太阳的定日镜,将光线聚焦到固定在塔顶部的集热器上,从而将光能转化为热能,并利用热工介质发电。其中,定日镜是塔式太阳能发电系统的主要组成部分之一。在实际使用中,由于太阳方位角的变化,导致光线入射到定日镜上的角度也不断的发生变化,需实时调整镜面板的角度(包括方位角和仰角),以确保太阳光准确投射到集热器上。另外,定日镜往往采用独立柱式结构型式,它对于风荷载具有较高的敏感性,为保证其在正常风速条件下稳定工作,以及在强风下不受破坏,针对定日镜结构的抗风研究就显得非常重要。为满足发电需求,塔式太阳能热发电站需要收集大面积的太阳光,定日镜场往往由数量众多的定日镜组成。定日镜群中的流场受到干扰,定日镜的风荷载会发生较大的变化,而我国考虑群体干扰的定日镜抗风研究还不够深入。进行定日镜抗风研究,首先需要准确获知近地面风场特性、定日镜表面风荷载分布以及干扰效应,而我国目前在这些方面的研究较少,这势必阻碍我国太阳能光热事业的发展。针对上述问题,本文应用现场实测、风洞实验等方法,对塔式太阳能定日镜的风场特性参数、动力特性参数、风压分布、整体风荷载、干扰效应等方面的问题进行了深入、系统的研究。本文主要研究内容及成果如下:(1)基于现场实测,获得了较长时间的风速数据,对近地的风场特性参数进行了详细研究。结果表明:离地10m高度范围内的Uz/U10相对稳定;实测湍流度与欧、美、日等国家规范的湍流度建议值较为接近,与我国规范取值差异较大;实测湍流积分尺度结果与多国规范值存在一定的差异;风速竖向相关性的衰减系数实测结果与Davenport建议的衰减系数有明显差异。基于现场实测的风特性参数的获取,为后续风洞实验的准确模拟提供了良好的前提条件。(2)通过选取典型定日镜,在镜面板支撑部分和立柱部分布设多处测点,在某一固定测点处采用力锤激励,轮流在其它测点拾振,基于最小二乘法拟合,获得了多种仰角下的定日镜的动力特性参数。此外,采用ANSYS软件,对该型定日镜进行了数值模态分析。将数值模态分析结果和现场实测结果进行比较,验证了数值模拟结果的合理性,为后续定日镜抗风研究建立了基础。(3)通过在典型定日镜上布设风压传感器,并同步实测风速、风向、风压,获得了单个定日镜多工况下的风压分布,并且分析了其规律和特征。分析结果表明:正立面迎风前端测点平均风压系数往往较大,后端位置测点的相对较小,背立面因支撑等存在使得风压分布较复杂;处于迎风前缘测点的脉动风压系数较大,后缘测点的脉动风压系数值较小;对于偏度|SK|>0.3的风压时程,采用三参数gamma分布比Gauss分布和Lognormal分布要合适。基于现场实测的单个定日镜风压结果的成功获取,为后续验证风洞实验结果的可靠奠定了基础,也同时填补了塔式太阳能热发电站定日镜风压分布的现场实测研究空白。(4)在风洞中模拟现场实测时风场,进行了定日镜缩尺模型测压实验,获得了该型定日镜的风压分布规律,并选取典型工况下所得结果和现场实测结果进行比较。风洞实验和现场实测结果的对比表明:平均风压系数的对比结果吻合良好;受风向角的变化影响,脉动风压系数的对比结果有一定差异,但二者的变化趋势一致;风洞实验得到的概率密度函数、测点风压功率谱密度函数、相干函数结果与现场实测结果总体较吻合。从而验证了风洞试验结果的可靠性,也为后续定日镜研究提供了支持。(5)通过对单个定日镜模型的测压试验及高频动态天平测力试验成果的分析,获得了定日镜的风压及整体风荷载规律和特征,并和已有类似结构的研究成果进行了比较。结果表明:实际风场特性参数的准确获取对定日镜设计参数的影响较大。在此基础上,给出了适合我国定日镜抗风设计的体型系数、阵风系数等参数的推荐值。(6)对于镜群中的定日镜模型在考虑多种间距、多种布置方式的条件下进行了测压、测力风洞实验,获得了该型定日镜在考虑镜群干扰条件下风压及整体受力的规律和特征,进而给出了在镜场不同布置时该型定日镜体型系数、阵风系数、风荷载的干扰因子推荐值。本文的研究方法及成果,可为定日镜场设计提供依据,也可为类似研究提供参考。