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菲涅尔透镜聚焦声泳打印系统设计及实验研究

菲涅尔透镜聚焦声泳打印系统设计及实验研究

作者：徐钢厦门理工学院

学位级别：硕士

喷墨打印有高效、便捷等优势,有利于大面积制备微透镜阵列,但传统的喷墨打印技术(如电流体式、压电式喷墨打印)受到材料电、化和磁性质的限制,能使用的材料种类有限。声泳打印技术通过声辐射力来驱动液滴实现打印,不仅不受材料电、化和... 详细信息

喷墨打印有高效、便捷等优势,有利于大面积制备微透镜阵列,但传统的喷墨打印技术(如电流体式、压电式喷墨打印)受到材料电、化和磁性质的限制,能使用的材料种类有限。声泳打印技术通过声辐射力来驱动液滴实现打印,不仅不受材料电、化和磁性质的限制,而且适用的粘度范围广,在微透镜阵列制备领域有良好的应用前景。本文提出了一种使用菲涅尔透镜来聚焦声波的声泳打印技术,主要研究内容如下:(1)阐述菲涅尔透镜聚焦声泳打印工作原理并进行仿真建模。进行菲涅尔透镜的结构设计并构建透镜作用下的声场模型,研究透镜与基底间距、透镜厚度、超声功率对声场的影响规律。构建声泳打印流场模型,研究声压、材料粘度、喷嘴内径对打印效果的影响规律。(2)基于仿真分析结果设计并构建菲涅尔透镜聚焦声泳打印系统。设计聚焦超声波的菲涅尔透镜并在此基础上构建包括声泳打印装置、供液装置、运动平台、实时观测等四个部分的菲涅尔透镜聚焦声泳打印系统。(3)开展菲涅尔透镜聚焦声泳打印的主要因素实验研究。首先,对声泳打印过程中出现的液滴雾化和液滴打印现象进行分析;然后,采用控制变量法探究透镜与基底间距、透镜厚度、超声功率等主要因素对声泳打印效果的影响规律,并进一步通过正交实验优选工艺参数;最后,由聚乙二醇液滴阵列得到液滴的最小平均直径为751.58μm,其标准差为8.38μm。(4)基于菲涅尔透镜聚焦声泳打印进行微透镜阵列的制备及检测。使用声泳打印技术将UV胶分别在PET、PMMA、PDMS和玻璃基底上制备微透镜阵列,并进行几何性能及光学性能检测。类半球形微透镜阵列具有光洁的表面与清晰的轮廓,可以实现多重成像。分析表明调整微透镜阵列的间距可以对其透射率进行调控。微透镜阵列透射率最高为84.31%,最低为47.45%,验证了使用菲涅尔透镜聚焦声泳打印技术进行微透镜阵列制备的可行性。

关键词：声泳打印菲涅尔透镜超声聚焦正交实验微透镜阵列

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菲涅尔透镜

科技馆 2007年第1期 19-21页

作者：刘锡印中国科技馆

光线经过玻璃透镜时会发生折射现象。仔细观察一块放大镜，就会发现，透镜中有一部分厚度对放大作用没有贡献（图中阴影部分）。光线经过这一部分时，方向没有改变。拿掉这一部分，将不会影响透镜的放大作用（图1中阴影部分）。这时应... 详细信息

光线经过玻璃透镜时会发生折射现象。仔细观察一块放大镜，就会发现，透镜中有一部分厚度对放大作用没有贡献（图中阴影部分）。光线经过这一部分时，方向没有改变。拿掉这一部分，将不会影响透镜的放大作用（图1中阴影部分）。这时应该把图中挖掉的部分想象为一个圆盘。实际上，能够改变光线传播方向的，只是透镜与空气的界面。

关键词：菲涅尔透镜放大作用折射现象玻璃透镜传播方向光线放大镜阴影

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菲涅尔透镜系统视景显示仿真研究

菲涅尔透镜系统视景显示仿真研究

菲涅尔透镜表面积尘对HCPVT系统热电输出性能的影响

作者：时圣军航空工业第一飞机设计研究院

针对航母上菲涅尔透镜系统在视景显示中的特点,描述了菲涅尔透镜系统的组成、功能和工作原理,对其视景显示做了分析研究,并建立了菲涅尔透镜系统的视景模型,进行了实时渲染。

关键词：菲涅尔透镜航母舰载机视景系统光学助降

来源： cnki会议评论

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菲涅尔透镜表面积尘对HCPVT系统热电输出性能的影响

作者：马晓东内蒙古工业大学

学位级别：硕士

针对由菲涅尔透镜表面积尘引起的聚光损失,砷化镓电池表面能流分布不均和系统热电输出性能下降等方面的问题,本文基于风沙气候条件以菲涅尔HCPVT系统为研究对象,根据不同积尘特性,理论分析并建立了积尘对系统电输出性能的预测模型,对系... 详细信息

针对由菲涅尔透镜表面积尘引起的聚光损失,砷化镓电池表面能流分布不均和系统热电输出性能下降等方面的问题,本文基于风沙气候条件以菲涅尔HCPVT系统为研究对象,根据不同积尘特性,理论分析并建立了积尘对系统电输出性能的预测模型,对系统的聚光特性进行试验研究和仿真模拟,通过试验和理论对比的方法研究积尘对系统热电输出性能的影响规律。本文通过分析积尘机理及其对聚光器透射率的影响,将砷化镓电池单指数模型与积尘重叠模型进行耦合,建立考虑入射角的三结砷化镓电池单指数预测模型,通过模型预测出DNI为800 W/m~2时,透镜表面洁净时的电流为5.13 A,而积尘密度为5 g/m~2时的电流为3.76 A,积尘后下降约26.71%;透射率由洁净时的92%降至积尘密度为5g/m~2的77.9%左右,整体降幅约14.1%;将模型预测的透射率理论值与实测值对比,误差最大约8%左右。通过人工布尘的试验测试方法,分析积尘对聚光器透射率及波长的影响规律,定量分析积尘密度、积尘粒径对菲涅尔透镜透射率、吸光度的影响。结果表明,在200nm~400 nm波段内,透射率由0快速增加到90%左右,在波长为400 nm~1000 nm时,透镜透射率缓慢增高到92%;随着积尘密度的增加,透镜的透射率逐渐降低,从洁净状态的91.71%下降到积尘密度为3.12 g/m~2时的69.14%,平均积尘密度增加1 g/m~2,透射率下降约7.23%;对比透镜表面洁净和积尘密度为3.12 g/m~2时的吸光度,其值分别为0.065和0.182,平均积尘密度增加1 g/m~2,其吸光度增加约0.031,增长幅度约为47.27%。本文建立了积尘的三维模型,利用蒙特卡洛追迹法,研究积尘对系统聚光效率、电池表面能流分布及光斑均匀性等聚光性能的影响规律,同时,分析了积尘特性及结构参数对系统聚光性能的影响。结果表明;积尘密度小于10 g/m~2时,平均积尘密度增加1 g/m~2,能流密度下降约4.77%,其聚光效率下降约4.12%;对比在入射角为0~1°和1~2°时的聚光效率,分别下降约22.02%和28.61%,呈现聚光效率下降幅度增大的趋势;装配距离在350 mm~360 mm时,光斑均匀性由45.3%左右快速下降至1.91%左右,在360 mm~380 mm时,光斑均匀性快速增大到89%左右。通过人工布尘的方式进行试验测试,研究分析积尘密度对系统热电输出性能的影响,试验结果表明,系统电压随着积尘密度的增大几乎不变,而系统电流则随着积尘密度的增大而逐渐降低,在积尘密度小于8 g/m~2时,平均积尘密度增加1 g/m~2,电流下降0.23 A;积尘对系统热性能的影响程度大于积尘对电性能的影响程度,平均积尘密度增加1 g/m~2,热功率下降6.8%,热效率下降6.17%,电效率下降5.4%,电功率下降约5.8%,系统发电量下降约6.9%。

关键词：菲涅尔透镜积尘 HCPVT系统热电输出特性聚光特性预测模型

基于三角腔体吸收器的透射式菲涅尔定焦线系统聚光特性分析

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太阳能学报 2022年第1期43卷 484-490页

作者：王海颜健宋孟杰黄金吴肖邦肇庆学院机械与汽车工程学院肇庆526061 湖南科技大学机电工程学院湘潭411201 北京理工大学机械与车辆学院北京100081 广东工业大学材料与能源学院广州510006

为解决线性菲涅尔太阳能集热系统单轴跟踪过程中出现的聚光焦线偏移以及降低系统跟踪能耗等问题,提出一种透射式菲涅尔定焦线太阳能聚光器。该聚光器采用极轴跟踪方式与线性菲涅尔透镜定期滑移调节方式相结合,可实现固定焦线聚光。将该... 详细信息

为解决线性菲涅尔太阳能集热系统单轴跟踪过程中出现的聚光焦线偏移以及降低系统跟踪能耗等问题,提出一种透射式菲涅尔定焦线太阳能聚光器。该聚光器采用极轴跟踪方式与线性菲涅尔透镜定期滑移调节方式相结合,可实现固定焦线聚光。将该聚光器与三角腔体吸收器所组成的太阳能集热系统,利用基于蒙特卡罗光线追迹法的TracePro光学软件分析在有、无滑移调节方式中:不同太阳赤纬角和不同跟踪误差角度下的系统光学效率和三角腔体吸收器内吸收表面能流密度分布情况。结果表明,在全年太阳赤纬角范围内采用滑移调节方式的透射式菲涅尔定焦线系统最小光学效率为51.29%,相较于无滑移情形其光学效率提高22.79%。

关键词：太阳能聚光器光学性能太阳能吸收器菲涅尔透镜固定焦线三角腔体

采用菲涅尔透镜的太阳能CPV/T系统实验与模拟研究

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热能动力工程 2019年第3期34卷 114-120页

作者：徐洪涛饶江伟郭玉鹏王宁上海理工大学能源与动力工程学院上海200093 鄂尔多斯市特种设备检验所内蒙古鄂尔多斯017000

为了解决光伏板温度过高使光电转换效率下降的影响,搭建了一套基于聚光型菲涅尔透镜的太阳能光伏/光热(CPV/T)系统,菲涅尔透镜的聚光比为5.85,光伏板由蛇形换热通道进行冷却。基于上海气象参数,对该系统进行了实验研究。实验结果表明:... 详细信息

为了解决光伏板温度过高使光电转换效率下降的影响,搭建了一套基于聚光型菲涅尔透镜的太阳能光伏/光热(CPV/T)系统,菲涅尔透镜的聚光比为5.85,光伏板由蛇形换热通道进行冷却。基于上海气象参数,对该系统进行了实验研究。实验结果表明:实验日内系统的光热效率、光电效率和综合效率分别为50.93%,10.86%,61.79%。同时,利用TRNSYS软件,建立了系统动态能效分析模型,将模拟结果与实验结果进行对比,最大误差仅为3.08%,两者吻合较好。

关键词：太阳能菲涅尔透镜光伏光热实验研究

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基于菲涅尔透镜的跟踪式光热电转换系统研究

基于菲涅尔透镜的跟踪式光热电转换系统研究

作者：卢一鸣吉林大学

学位级别：硕士

随着全球能源危机的不断加剧,各国都致力于开发清洁能源,其中太阳能因其储量丰富和分布广泛而受到普遍关注,因此太阳能发电技术成为新能源领域研究的热门。针对目前太阳能发电系统整体结构不稳定、聚光蓄能差等问题,本文基于菲涅尔透镜... 详细信息

随着全球能源危机的不断加剧,各国都致力于开发清洁能源,其中太阳能因其储量丰富和分布广泛而受到普遍关注,因此太阳能发电技术成为新能源领域研究的热门。针对目前太阳能发电系统整体结构不稳定、聚光蓄能差等问题,本文基于菲涅尔透镜对光热电转换系统展开研究,以3-RPS并联机构为基础的调姿平台调节聚光集热器位姿,将能流密度较低的太阳能不断转换为高密度热能进行汇聚,通过导热系统传递至斯特林发电机使其进行发电工作,本文着重对聚光集热、3-RPS并联式追日跟踪调姿平台控制策略和系统光热电转换实验等展开研究。为提升聚光集热效果,本文基于菲涅尔透镜以矩阵式多点聚焦组合法对系统聚光集热进行研究,根据斯特林发电机性能指标设计聚光集热器,通过Trace Pro仿真分析确定以四焦点矩阵式聚光集热器作为系统的太阳能收集装置,提高系统聚光集热效果,同时模拟改变太阳光入射角度探究对聚光集热器性能的影响;基于3-RPS并联机构的调姿平台进行追日跟踪,利用坐标变换算法对调姿平台位置姿态进行逆解,同时建立了速度雅克比矩阵,推导了速度与加速度关系,并利用蒙特卡洛法绘制出工作空间;在ADAMS中对调姿平台模型进行运动学验证和动力学分析,同时根据系统控制精度需求提出了单运动支链半闭环运动学控制策略,搭建了单个伺服电动缸系统的控制数学模型,并基于ADAMS与Simulink进行联合仿真分析,验证了该控制策略使调姿平台在俯仰轴与方位轴方向控制追踪上有较高的追踪精度;搭建光热电转换系统实验平台进行研究,通过调节调姿平台动平台的位姿参数进行聚光集热发电实验,并对调姿平台追踪效果、聚光集热器性能和斯特林发电机发电功率等参数进行分析,经实验测试,本套发电系统发电功率可达133W。

关键词：太阳能光热发电菲涅尔透镜斯特林发电机并联机构 3-RPS

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菲涅尔透镜聚光倍率测试系统研究

传感器与微系统 2012年第11期31卷 64-66页

作者：陈志明张丽董前民梁培中国计量学院光电学院浙江杭州310018

在对菲涅尔透镜聚光倍率测试系统的研究过程中,提出了一种基于光—电—光信号转换的测试方法。首先硅光电池将光信号转换成电信号,并被LabVIEW软件采集,采集到的电信号根据硅光电池的光电转换标定关系还原为光信号,最后基于菲涅尔透镜... 详细信息

在对菲涅尔透镜聚光倍率测试系统的研究过程中,提出了一种基于光—电—光信号转换的测试方法。首先硅光电池将光信号转换成电信号,并被LabVIEW软件采集,采集到的电信号根据硅光电池的光电转换标定关系还原为光信号,最后基于菲涅尔透镜聚光前后光信号强度的不同去评估镜面上各处的聚光倍率。实验研究表明:该系统具有结构简单、使用方便、测试效果良好等特点,在太阳能聚光测试领域将会有广阔的应用前景。

关键词：菲涅尔透镜聚光倍率硅光电池

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菲涅尔透镜聚光于圆孔的效率及优化方法分析

信息记录材料 2020年第8期21卷 241-243页

作者：张顺辉刘明伟湖南科技大学物理与电子科学学院湖南湘潭411100

菲涅尔透镜的应用已经越来越广泛,本文利用光学仿真软件对点聚焦型菲涅尔透镜会聚平行太阳光于圆孔内的能量进行分析以及优化,通过改变透镜参数、圆孔大小和增添透镜数量对聚焦能力进行优化。结果表明,适当提高菲涅尔透镜焦距、增大圆... 详细信息

菲涅尔透镜的应用已经越来越广泛,本文利用光学仿真软件对点聚焦型菲涅尔透镜会聚平行太阳光于圆孔内的能量进行分析以及优化,通过改变透镜参数、圆孔大小和增添透镜数量对聚焦能力进行优化。结果表明,适当提高菲涅尔透镜焦距、增大圆孔半径以及增添不同倾角的菲涅尔透镜能有效提高聚焦性能。本文模拟太阳光源,使用的数据贴近于现实,在太阳能直热式海水淡化应用中具有参考价值。

关键词：菲涅尔透镜仿真圆孔聚焦性能