Optimierung der Rückfahrstrategie eines offenen volumetrischen solarthermischen Receivers in Cavity-Bauform mit Hilfe numerischer Simulation

Abstract

Untersuchungsgegenstand der vorliegenden Arbeit ist ein offener volumetrischer Receiver in Cavity Bauform. Ziel der Arbeit ist es, eine Rückführstrategie zu entwickeln, um eine Verbesserung des Receiverwirkungsgrades zu erreichen. Hierfür wurde zunächst im Rahmen einer abschätzenden Voruntersuchung unter Zuhilfenahme der CFD-Software OpenFOAM simuliert, inwieweit sich der Neigungswinkel der Cavity sowie unterschiedliche Cavitykonzepte bestehend aus unterschiedlichen Cavitydesigns in Kombination mit verschiedenen Rückführsansätzen positiv auf die Rückführrate auswirken. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass eine Rückführung senkrecht zum Absorber mit einem möglichst hohen Impuls unter den untersuchten Rückführansätzen zu der höchsten Rückführrate führt. Nach Abschluss der Voruntersuchung wurde eine detailliertere Untersuchung der drei vielversprechendsten Cavitykonzepte durch Implementierung des in OpenFOAM enthaltenen Strahlungsmodelles „viewFactors“ durchgeführt, um zu bestimmen, wieweit sich die Strahlung und die damit verbundenen Strömungseffekte auf die Rückführrate auswirken und um die Rückführrate mit den dazugehörigen Cavitydesigns unter der Berücksichtigung der Konvektions und Strahlungsverluste des Cavitykonzeptes bewerten zu können. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass unter Berücksichtigung des Energieaustausches durch Strahlung keine signifikante Veränderung bezüglich des Stömungsverhaltens und der damit verbunden Rückführrate zu erwarten ist. Es zeigt sich jedoch, dass das Design der Cavity einen erheblichen Einfluss auf die Strahlungs- und Konvektionsverluste hat, die zu berücksichtigen sind.