Symulacje odbiornika ciepła wysokotemperaturowego pracującego w układzie helioenergetycznym

• Autorzy: Przenzak E. , Tarnowska J. , Filipowicz M.

Identyfikatory

DOI

10.7862/rb.2014.219

Warianty tytułu

EN

Simulations of high-temperature heat receiver in helioenergetic system

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

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.

EN

This article presents the results of computer simulations of high-temperature heat receiver powered by concentrated solar radiation. Ray Tracing Monte Carlo (RTMC) methodology was presented. Installation uses two optical elements with different versions of high-temperature heat receiver was analyzed. Flat, convex and concave geometry of the concentrated radiation absorber were proposed. Convex, and concave receivers were analyzed in three more variants – with different radius curvature ie. 40, 60 and 90cm. In addition, the Ray Tracing simulations was performed for varied distances of heat receivers from the focusing mirror. As the results of computer simulations, normalized maps of flux distribution on the absorbing surfaces of the heat receivers were generated. The best versions of the receivers with the optimal location of them were indicated. Not only the flux distribution but also the radiation gain were taken into consideration. It has been shown that, despite the highest gain on the convex heat receiver, the flat one is the best solution. This is primarily caused by very disadvantageous flux distribution on convex receiver and insignificant difference in radiation gain in both cases. Also the simplicity the flat heat receiver was emphasized.

Słowa kluczowe

PL

Ray Tracing Monte Carlo; symulacje komputerowe; skoncentrowane promieniowanie słoneczne; absorpcja; promieniowanie słoneczne

EN

Ray Tracing Monte Carlo; computer simulations; concentrated solar radiation; solar radiation; absorpcion

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Rzeszowskiej
• Czasopismo: Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture
• Rocznik: 2016
• Tom: z. 63, nr 3
• Strony: 365--372
• Opis fizyczny: Bibliogr. 10 poz., rys., wykr.

Twórcy

autor

Przenzak E.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków; tel. [phone]

autor

Tarnowska J.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków

autor

Filipowicz M.

• AGH Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Energetyki i Paliw, al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków; tel. [phone]

Bibliografia

• [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.

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017)