Strömung von Granulaten in Zentrifugal-Partikelreceivern

Abstract

Zentrifugal-Partikelreceiver stellen eine neuartige Komponente für konzentrierende solare Energiegestehung (CSP) dar. Sie werden in punktfokussierenden CSP-Kraftwerken eingesetzt und gehören der Gruppe der direktabsorbierenden Receiver an. Als Wärmeträgermedium wird hierbei Granulat genutzt, wie beispielsweise Bauxit-Proppants. Bauxit als Wärmeträgermedium ermöglicht höhere Prozesswirkungsgrade aufgrund von höheren Prozesstemperaturen als in aktuell kommerziell eingesetzten Systemen. Gleichzeitig ist Bauxit-Granulat als Wärmespeichermedium einsetzbar. Das Potential von Zentrifugal-Partikelreceiver wurde bereits erfolgreich in einem 15kWth Laborreceiver am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) bewiesen. Darauf aufbauend verfolgt diese Arbeit das Ziel, die Strömungsmechanik von fließenden Granulaten in diesen zu modellieren. Es werden zwei Modellansätze hergeleitet. Beide beruhen darauf, das Granulat als Kontinuum zu modellieren. Zum einen wird ein Ansatz verfolgt in welchem das Granulat mittels lokaler Rheologie beschrieben wird. Zum Vergleich wird ein rein empirischer Ansatz entwickelt. Um die Modelle zu bewerten werden Versuche in einem Laborreceiver durchgeführt und die Partikelbewegung mittels particle tracking velocimetry (PTV) vermessen. Das Modell basierend auf lokaler Rheologie steht in guter Übereinstimmung mit den Messungen aus dem Laborreceiver. Im Vergleich zum empirischen Modell ermöglicht es eine wesentlich detailliertere Beschreibung der Strömungsmechanik. Es bildet somit die Möglichkeit das Fließverhalten von kommerziellen CentRec zu beschreiben. Das empirische Modell ist hierzu nicht in der Lage. Somit ist eine notwendige Grundlage für die thermodynamische Bewertung dieser Systeme gegeben.