Experimentelle Untersuchung der Konvektionsverluste eines rotierenden Hohlraumreceivers für Solarturmkraftwerke

Kurzfassung

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird der Einfluss von Rotation auf die Konvektionsverluste eines neuartigen Hohlraumreceivers für Solarturmkraftwerke experimentell untersucht. Dazu ist ein Teststand im Labormaßstab ausgelegt, aufgebaut und in Betrieb genommen worden. Ein Überblick über bereits durchgeführte Studien bei Konvektionsverlusten und Untersuchungen von rotierenden Konvektionsströmungen hat die Notwendigkeit eines derartigen Teststands gezeigt, da kaum Informationen über Strömungszustände bei den vorliegender Randbedingungen vorliegen. Der Teststand besteht aus einem einseitig geöffneten zylindrischen Hohlraum, welcher entlang seiner Längsachse bei verschieden einstellbaren Drehzahlen rotiert, sowie bei variablen Neigungswinkeln betrieben werden kann. Die Wände des Hohlraums können mittels elektrischer Heizung auf Temperaturen bis zu 900°C erhitzt werden. Mit Hilfe geeigneter Messsysteme sind abgegebene Heizleistung und Wandtemperaturen genau messbar, woraus sich die Konvektionsverluste durch experimentelle Berücksichtigung der Wärmeleitungsverluste und analytischer Kalkulation der Strahlungsverluste bestimmen lassen. In den durchgeführten Experimenten wird gezeigt, dass im untersuchten Drehzahlbereich mit zunehmender Rotation die Konvektionsverluste abnehmen, wobei der senkende Effekt der Rotation bei größeren Neigungswinkeln sogar zunimmt.