Wykorzystanie techniki śledzenia promienia do modelowania wysokotemperaturowych układów helioenergetycznych

• Autorzy: Bożek E. , Filipowicz M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2015.32

Warianty tytułu

EN

Ray tracing method in modeling high-temperature helios energy systems

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

This article presents the results of computer simulations performed on the Department of Sustainable Energy in the Faculty of Energy and Fuels in The University of Science and Technology in Krakow. Results concern the Helios energy system that concentrates solar radiation. The installation consist of two focusing elements and the high temperature heat exchanger. Due to the fact that system generates two different focal points, the main purpose of the study was to determine the best location of the absorber. The amount of light energy absorbed by heat exchanger and intensity distribution of radiation on its surface (material strength) was taken into account. Ray tracing method which is usually used to create realistic images in computer graphics was used to simulate the system. The research are based on a modified by Monte Carlo algorithm method. It consists in the fact that all rays coming from the light source and located on the optical scene are traced and not only those that go to the observer (as it is in classical ray tracing). As a result of performed simulation maps and charts of intensity distribution of radiation absorbed by the surface of the heat exchanger were generated. The analyzes allowed to conclude that the best solution for described installation is to place the heat exchanger at a distance of 77cm from mirror surface. Received data will be used in future studies as Neumann boundary conditions in the computer simulations based on the technique of computational fluid dynamics.

Słowa kluczowe

PL

energia słoneczna; wymiennik ciepła; układ wysokotemperaturowy; zwierciadło skupiające; system śledzenia; modelowanie komputerowe; algorytm Monte Carlo

EN

solar energy; heat exchanger; high temperature system; focusing mirror; tracing system; computer modelling; Monte Carlo algorithm

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2015
• Tom: z. 62, nr 2
• Strony: 19--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 4 poz., il.

Twórcy

autor

Bożek E.

• AGH, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Kraków

autor

Filipowicz M.

• AGH, Wydział Energetyki i Paliw, Katedra Zrównoważonego Rozwoju Energetycznego, Kraków

Bibliografia

• [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.