SYMULACJE ODBIORNIKA CIEPŁA WYSOKOTEMPERATUROWEGO PRACUJĄCEGO W UKŁADZIE HELIOENERGETYCZNYM

W niniejszym artykule przedstawione zostały wyniki symulacji komputerowych układu absorpcji skoncentrowanego promieniowania słonecznego przez odbiornik ciepła wysokotemperaturowego. Przedstawiono metodę Śledzenia Promienia opartą na algorytmie Monte Carlo (Ray Tracing Monte Carlo - RTMC).

Przeanalizowany został układ dwuelementowego koncentratora promieniowania słonecznego i różnych wersji odbiornika ciepła wysokotemperaturowego. Zaproponowano odbiorniki: płaski, wypukły oraz wklęsły. Przy tym dwa ostatnie przeanalizowano w wersjach z różnymi promieniami ich krzywizny tj. dla promienia 40, 60 oraz 90cm. Symulacje przebiegu promieni w układzie optycznym koncentratora przeprowadzono dla odbiorników umiejscowionych w różnych odległościach od powierzchni lustra skupiającego.

W efekcie przeprowadzonych badań wygenerowano znormalizowane mapy rozkładu natężenia promieniowania na powierzchniach absorpcyjnych odbiorników oraz obliczono wzmocnienie promieniowania na analizowanych powierzchniach. Na ich podstawie wskazano najkorzystniejsze wersje odbiornika z optymalnym umiejscowieniem względem koncentratora.

Wykazano, że pomimo osiągnięcia najwyższego wzmocnienia przez odbiornik wypukły, najlepszym rozwiązaniem będzie zastosowanie odbiornika płaskiego. Jest to spowodowane przede wszystkim bardzo niekorzystnym rozkładem natężenia na powierzchni odbiornika wypukłego oraz zbyt małym wzrostem wzmocnienia promieniowania względem odbiornika płaskiego. Zaznaczono, że dodatkową zaletą odbiornika płaskiego jest jego prostota konstrukcji.

Pełny tekst (pdf)

[1]  Leon N., Aguayo H., Garcia H., Anaya A.: Computer aided optimization/innovation of passive tracking solar concentration Fresnel lens, IFIP AICT no 355, 2011, pp. 57-70.

[2]  Bader R., Haueter P., Pedretti A., Steinfeld A.: Optical design of a novel 2-stage solar through concentrator based on pneumatic polymeric structures, Jornal of Solar Energy Engineering no 131, 2009, pp. 031007-1/9.

[3]  Pujol-Nadal R., Martinez-Moll V., Sallaberry F., Moia-Pol A.: Optical and thermal characterization of a variable geometry concentrator using ray-tracing tools and experimental data, Applied Energy, no 155, 2015, pp. 110-119.

[4]  Rodriguez-Sanchez D., Rosengarten G.: Improving the concentration ratio of parabolic troughs using a second-stage flat mirror, Applied Energy, no 159, 2015, pp. 620-632.

[5]  Przenzak E., Filipowicz M.: Hybrid solar receiver as a source of high-temperature medium for an absorption chiller supply, Experimental Fluid Mechanics, 2015, pp. 656-663.

[6]  Bożek E., Zdunek M.: Nowoczesne systemy chłodnicze zasilane skoncentrowanym promieniowaniem słonecznym, Bezpieczeństwo energetyczne – rynki surowców i energii: energetyka w czasach politycznej niestabilności, 2015, s. 687-694.

[7]  Bożek E., Szubel M.: The numerical model of the high temperature receiver of the concentrated solar radiation, SDEWES 2015, Conference on Sustainable Development of Energy, Water and Environment Systems, Dubrownik, (2015), pp.1-12.

[8]  Kim Y., Han G. Y., Seo T.: An evaluation on thermal performance of CPC solar collector, International Communications in Heat and Mass Transfer 35, 2008, pp. 446-457.

[9]  TracePro software, Lambda Research Corporation, www.lambdaresearch.com, last access 12.06.2016.

[10]   Allen C. W., Astrophysical Quantities, The Athlone Press, London, 1963.