WYKORZYSTANIE TECHNIKI ŚLEDZENIA PROMIENIA DO MODELOWANIA WYSOKOTEMPERATUROWYCH UKŁADÓW HELIOENERGETYCZNYCH

W niniejszym artykule przedstawiono wyniki symulacji komputerowych przeprowadzonych
w Katedrze Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego na Wydziale
Energetyki i Paliw AGH w Krakowie. Wykonane prace dotyczą układu helioenergetycznego
koncentrującego promieniowanie słoneczne i składającego się z dwóch
elementów skupiających oraz elementu będącego odbiornikiem ciepła wysokotemperaturowego.
Ze względu na fakt, iż w układzie powstają dwa różne ogniska skupionych
promieni, głównym celem badań było określenie najlepszego umiejscowienia
absorbera. Przy wyborze odpowiedniego usytuowania kierowano się ilością absorbowanej
przez odbiornik energii świetlnej oraz ograniczoną wytrzymałością materiałową
odbiornika - rozkładem natężenia promieniowania na jego powierzchni.
Do przeprowadzenia opisanych symulacji wykorzystano zmodyfikowaną metodę
śledzenia promieni, która zazwyczaj wykorzystywana jest do tworzenia realistycznych
obrazów w grafice komputerowej. W badaniach oparto się na zmodyfikowanej
o algorytm Monte Carlo metodzie, gdzie śledzone są wszystkie promienie wychodzące
od źródła światła i znajdujące się na scenie optycznej, a nie tylko te, które trafiają
do obserwatora jak to ma miejsce w przypadku klasycznego śledzenia promieni.
W wyniku przeprowadzonych symulacji wygenerowano mapy i wykresy rozkładu
natężenia promieniowania absorbowanego przez powierzchnię odbiornika ciepła.
Wykonane analizy pozwoliły wywnioskować, że w przypadku opisanej w artykule
instalacji helioenergetycznej najlepszym rozwiązaniem jest umiejscowienie odbiornika
ciepła o średnicy 18 cm w odległości 77 cm od powierzchni lustra skupiającego.
Otrzymane dane mają posłużyć w kolejnych badaniach jako warunki brzegowe
drugiego rzędu w symulacjach komputerowych opartych na technice numerycznej
mechaniki płynów CFD.

Pełny tekst (pdf)

[1] Filipowicz M., Wajss P., Tomski M., Szubel M., Sornek K, Gastoł M., Bożek E.:
Wykorzystanie skoncentrowanego promieniowania słonecznego w warunkach polskich,
Rynek Instalacyjny 12/2012, s.30-32.
[2] Gerardo Diaz, , Numerical simulations of evacuated – tube solar collectors, Solar
Energy: Today and Tomorrow, School of Engineering, University of California,
Merced, 2008.
[3] Zajkowski M., Metoda Monte Carlo w obliczeniach odbłyśników obrotowo symetrycznych
o odbiciu równomiernie rozproszonym, Przegląd Elektrotechniczny, nr 4,
2003, s. 285-286
[4] Sawicki D., Wybrane problemy symulacji figury jasnych punktów z wykorzystaniem
metody śledzenia promieni, Prace naukowe Politechniki Warszawskiej, Elektryka,
2007, s.4-10.