碳酸盐型盐湖卤水的模拟太阳池结晶试验

在碳酸盐型盐湖提锂工艺中,太阳池是一个重要组成部分,目的是储存太阳能能量以结晶析出碳酸锂。文章利用加热方法首次在实验室条件下进行模拟太阳池结晶试验,试验的蒸发量随着温度的升高而加大,但蒸发量的不同对析盐结晶影响不大。在不同时间段模拟试验中,24h时间段的Mg2+析盐浓度较Li+大,且随着时间的延长逐渐降低,而Li+则相反;Mg2+析出速率随着时间的增加而逐渐降低,而Li+析出速率基本保持一致。在不同温度模拟试验中,卤水主要组分总析出率与温度的升高呈正相关,卤水中CO32-和Li+的浓度降低速度大于其他组分,CO32-和Li+的析出率远大于其他组分,析出主要矿物鉴定结果均为扎布耶石。

模拟太阳灯人体医学鉴定试验

当今潜艇的技术性能迅速提高,潜航时间也随之不断延长,为此指战员可能较长时间晒不到太阳,导致紫外线(uv)照射不足,影响艇员健康。模拟太阳灯(简称太阳灯)由长春光机所研制,试图按装在潜艇舱室内,以弥补艇员uv照射的不足。本试验旨在通过人体实际照射,观察对人体功能的影响,以确定能否在潜艇上使用。

基于单色LED补偿白光LED技术的模拟太阳光谱研究

提出一种基于单色LED补偿白光LED技术,模拟日光在可见光范围内的光谱。实际调研了大功率单色LED现状,采用光子在二维空间内联合态密度函数作为单色LED的光谱辐射模型,建立LED模拟仿真数据库。通过求解超定方程组的非负最小二乘解,优化选择不同峰值波长以及半高宽的单色LED与白光LED组合,实现对目标光谱的匹配及太阳光谱的再现。对比研究了白光LED补偿技术和纯单色LED组装技术,并分析了不同种类LED组合对太阳光谱的模拟情况。结果表明,白光LED补偿技术拟合太阳光谱相关指数达到90.74%,优于纯单色LED组装技术。并且当单色LED种类减少时,白光LED补偿技术相比纯单色LED组装技术可以实现更好的模拟效果。该方法对实现基于LED类日光照明具有较好的指导意义。

氙灯模拟太阳光谱滤光片的研制

通常太阳模拟器选用大功率短弧氙灯来模拟太阳光,但氙灯光谱在近红外波段区域与真实的太阳光谱存在差异,根据光谱差异的大小,通过选择合适的薄膜材料并采用真空镀膜的方法,研制出0.3～2.5μm波段范围的光学滤光片,对短弧氙灯光谱进行了校正,把波长在0.8～1.1μm之间偏离太阳光谱的辐射次峰滤掉,校正后的光谱辐照分布接近太阳光谱,其辐照匹配度符合AM1.5太阳光谱的A级匹配标准。

大型立式准直太阳模拟器研制关键技术

针对立式容器结构的综合辐照舱对太阳辐照环境模拟的需求,研制了一套大型立式太阳模拟器,其采用了立式离轴准直型光学系统,能够精准模拟满足辐照度、辐照均匀性、准直性和太阳光谱分布的空间太阳辐照环境。在设备研制过程中,完成了大型立式离轴光机结构设计、结构变形影响分析、大尺寸单体金属镜加工、准直镜柔性支撑设计、集成冷却设计和氙灯快速装校等关键技术研究。大气环境和真空低温环境下的测试结果表明,该太阳模拟器实现了在真空低温环境下辐照面ϕ1000 mm,辐照度2.3个太阳常数(最高可扩展至5个太阳常数),面辐照不均匀度±4.86%,准直角±1.83°的光学指标。

基于5 kW太阳能模拟器的热化学反应器热性能研究

文章基于5 kW非共轴聚光型模拟器自行设计了太阳能热化学反应器,并建立了聚集辐照下反应器热性能数学模型。采用该模型计算并探究了太阳能模拟器功率、反应器内壁材料发射率、工作压力和进气速度对反应器内温度分布的影响规律。结果表明:增加太阳能模拟器功率以及反应器内壁面发射率将导致沿反应器中心线分布的温度升高;在同一进气速度下,随着工作压力的增加,沿反应器中心线分布的温度会升高;在同一工作压力下,随着进气速度的增加,沿反应器中心线分布的温度也会升高。该研究结果对反应器参数优化及其热应力分析具有一定的参考意义。

金卤灯太阳模拟设备中滤光片的设计

本文主要研究了一种采用金卤灯作为模拟太阳光源时太阳模拟设备中滤光片的设计方法。首先论述了模拟太阳光源的相对光谱辐照度比例及其光谱匹配度的计算过程。然后,根据金卤灯光谱的相对光谱辐照度比例分布,分析了滤光片的设计方法,并给出了其设计透射率曲线;计算了金卤灯光源结合滤光片后在不同波段的光谱匹配度,结果显示,光谱匹配度等级均达到了A级;对于大尺寸滤光片,为保证金卤灯光谱在不同波段的光谱匹配度等级均达到A级标准要求,滤光片的透射率曲线偏移量应控制在±10 nm范围内。最后,通过使用2000 W金卤灯结合本设计滤光片进行实际验证,最终整体光谱在各波段的光谱匹配度等级均达到了A级标准。

真空应用太阳模拟灯及其灯阵的研制

为了对某相机进行热平衡试验,并克服传统太阳模拟器结构复杂、成本较高、光效利用率低的缺点,提出了将太阳模拟灯阵整体放在真空罐内使用的研制方案。首先,对该方案所需解决的各种问题进行了理论分析,计算得出模拟灯阵的辐照度要求为635.2～905.4W/m2,光学系统效率为0.1444。分析了真空罐液氮冷却系统的导热能力,结果显示,该冷却系统温度升高ΔT为2.0741K,小于其过冷度4K,表明该冷却系统可以将太阳模拟灯阵灯的热量导出。对系统热设计进行了分析和讨论,结果表明,积分器和反射镜的温度在200℃左右,氙灯灯极温度在92℃左右,满足其长时间正常工作的条件。最后,测试了模拟灯阵的技术参数,结果显示其照度为490.37～1000.56W/m2连续可调,辐照不均匀度<±5%,辐照不稳定度<±5%/h,各项指标均满足设计指标要求。

一种高准直的太阳模拟器设计

太阳模拟器的主要设计指标包括辐照强度、辐照均匀性、辐照稳定度及太阳光谱的匹配,然而太阳真实发射的平行光束有一定的张角(准直角),在日地平均距离处太阳的准直角为±16′,设计一高准直的太阳模拟器才能最真实反映外空间的太阳辐射,目前这种高准直太阳模拟器的研究较少,该文对准直角为±16′的太阳模拟器进行详细设计,具体指标达到辐照面积Φ50 mm,不均匀度为±8%,不稳定性为±5%/h,辐照强度达到0.1 S。

高倍聚光太阳模拟器的设计

研究了一种高倍聚光、高均匀性太阳模拟器,它主要由短弧氙灯、椭球聚光镜、高速快门和积分器构成,辐射功率超过5 kW,辐射峰值超过1 800个太阳常数(标准AM1.5∶1太阳常数=1 kW/m2)。介绍了该模拟器的光学设计,主要工程特点和仿真结果。应用蒙特卡洛光线追迹技术优化几何配置,以使光源到目标面的辐射能量转换效率最大化。仿真结果显示:在直径20 mm的圆形目标区域其平均辐射超过1 000 kW/m2,相应的辐照不均匀度小于6%。利用该装置模拟了高倍聚光太阳系统的辐射特性,为研究高效率太阳能电池的热化学过程和测试先进的高温材料提供了实验平台。

太阳模拟器用光学积分器设计

针对传统太阳模拟器普遍存在辐照均匀度较低的缺陷,改进设计了一种可以有效提高太阳模拟器辐照均匀度的光学积分器.介绍了该光学积分器的组成和工作原理;阐述了光学系统的优化设计技术;对其光机结构进行合理化设计,并使用ansys软件对光机结构进行热分析.最后,利用lightTools软件对太阳模拟器系统进行模拟仿真.结果表明:使用所设计的光学积分器后,太阳模拟器辐照不均匀度明显降低,在Φ60mm范围内小于±1%,在Φ(60～200)mm范围内小于±2%.该结果与实际检测结果一致,能够满足高准确度的使用要求.

用于太阳电池测试的太阳模拟技术

为了提高太阳模拟器的性能,更准确地测试太阳电池的特性参数,对模拟器的光源辐照利用率、辐照均匀度、辐照度与辐照稳定性的控制进行了研究。选取同轴光学系统结构作为模拟器光学系统,通过改进光学系统的结构排布,增加光积分器等方法,改善光源辐照利用率与辐照均匀度;在分析现役模拟器控制线路的基础上,采用光反馈技术对控制线路进行重新设计,提升系统对辐照度与辐照稳定性的可控性。实验结果表明:新型的太阳模拟器能有效地控制辐照度与辐照稳定性,在直径250mm范围内,标准光强为1000W/m2的条件下,辐照均匀度为2.5%,辐照稳定性<1%,较大地改进了太阳模拟器的性能。

太阳模拟器中椭球面聚光镜参数的确定

椭球面聚光镜是太阳模拟器设备的重要组成部分,其能量收集的效率决定着太阳模拟系统的能量传递效率,而太阳模拟器光学系统中的椭球面聚光镜参数一直没有理论上的设计依据,结合氙灯的发光特性并通过对MATLAB中建立的椭球面聚光镜聚光过程数值分析模型给出了椭球面聚光镜包括第一焦距、最大成像放大倍率、包容角范围及前后开口直径的确定依据,并通过在Lighttools中建立的4种仿真模型验证了理论分析的正确性.第一焦距由光源光中心高确定,最大成像放大倍率由光学积分器相对孔径及椭球镜包容角范围共同确定,椭球镜包容角范围不小于30＆#176;～120＆#176;,前开直径口由椭球镜的最大孔径角确定,后开口直径由最小孔径角和光源的径向调节量共同确定.该结论给椭球面聚光镜的设计提供了理论支撑,有利于设计完成高能量收集效率的椭球面聚光镜.

氙灯和发光二极管作光源的积分球太阳光谱模拟器

设计了一种由氙灯和发光二极管(LEDs)作光源的积分球太阳光谱模拟器来提高太阳光谱的光谱匹配精度。引进模拟退火算法研究光谱匹配技术,设计了氙灯模块及LEDs模块的结构和控制系统。LEDs采用环带摆放和恒流驱动方式,并通过多机通信系统控制。氙灯模块上安装截止滤光片和程控衰减器,滤光片用来滤去氙灯红外波段的尖峰,衰减器则用来调整氙灯入射到积分球的辐射通量。仿真实验表明:Epitex公司的53种单色LEDs和氙灯完全可以模拟380～100 0nm波段的AM 1.5标准太阳光谱,光谱的平均相对误差为5.67%。分析讨论了该太阳光谱模拟器的光谱失配误差、出光面的辐照非均匀度和辐照不稳定度,三者均可以控制在±3%以内。

气象探空仪试验用太阳模拟器光学系统设计

提出一种气象探空仪试验用太阳模拟器光学系统的设计方法:以往的太阳模拟器主要用于航天器空间环境模拟试验,对光谱分布和辐照均匀性要求相对较低。该文研制的用于太阳辐射测量仪器性能检测的太阳模拟器,要求其光谱分布在0.4～1.1μm波段范围内与A级AM1.5太阳光谱相匹配;辐照均匀性为±1%;辐照稳定性为±1%/h;属高精度小型太阳模拟器。采用一种同轴透射式准直光学系统的设计方案,并对整个光学系统进行优化设计,经理论计算与实际测量,光谱基本在AM1.5附近,辐照均匀性也小于±1%,结果满足设计要求。

高精度准直式太阳模拟器光机结构设计

为了实现对卫星控制系统中太阳敏感器的高精度地面标定和测试,提出一种真实模拟太阳光辐射特性的高精度准直式太阳模拟器设计方案,根据模拟器热功率高的特点,对氙灯与组合聚光镜、转向平面反射镜、光学积分器等主要组成部分进行了详细的光机结构与热控结构的设计。运用Ansys软件进行热学仿真分析,保证热控结构设计的合理性与最优性。通过实际检测,设计的太阳模拟器可以真实地模拟太阳光辐射特性,准直角小于32′,辐照面小于Φ100 mm时,不均匀度优于±1.6%;辐照面在Φ（100~300）mm时,不均匀度优于±4.2%,满足对高精度太阳敏感器的地面标定和精度测试。

太阳模拟技术

介绍了太阳模拟技术研究中要遵循的设计准则及基本概念。给出了相应的计算公式。对太阳模拟技术中应用的光学系统形式及其基本原理进行了阐述。较详细的对聚光系统的优化设计 ,提高系统聚光效率进行了论述。分析了光学积分器对系统辐照不均匀度的影响 ,给出了两种积分器形式及相应的计算公式。

大面积准直型太阳模拟器的设计与研制

设计并研制了一种大面积准直型太阳模拟器，其有效辐照面直径达到1100 mm，平均辐照度达到1.3个太阳常数（AM0），光束准直角为±1.59°。首先给出了太阳模拟器的光学系统，分别从光源选择和布局，椭球镜设计和准直镜设计进行了阐述；介绍了太阳模拟器的光机结构；进行了系统的仿真和实现。实验表明，太阳模拟器的平均辐照度达到1760 W/m^2，辐照不均匀度达到±4.6％，辐照体不均匀度达到±5.96％，辐照不稳定度达到±1.36％，光谱匹配在300～1400 nm波长范围内满足ASTM E927-10中AM0 B级要求，为航天有效载荷的热真空试验和热平衡试验提供了一个准确可靠的平台。

大面积发散太阳模拟器的均匀照明

为实现太阳模拟器的大辐照面积均匀照明,研究了大面积发散太阳模拟器光学系统的设计与仿真。分析了复眼透镜阵列组与发散投影系统的工作原理及旁瓣效应的产生机理;基于嵌套建模思想,结合多项式拟合方法,得出了氙灯轴上的强度分布曲线,并根据氙灯发光能量对称的性质,实现了氙灯空间光强分布的模拟;结合提出的光学系统设计边界条件与参数,设计了光束整形系统、复眼透镜阵列组和发散投影系统。实验结果表明:大面积发散太阳模拟器的工作距离为20 000mm,辐照面直径为1 500mm,辐照均匀度为92.8%,满足均匀照明的使用需求。