Untersuchung strömungsmechanischer und thermischer Vorgänge innerhalb des Absorberrohrs eines salzbasierten Parabolrinnenkraftwerks

Abstract

Ziel dieser Arbeit war es, mit Hilfe eines CFD Modells das Absorberrohr eines salzbasierten Parabolrinnenkraftwerks abzubilden. Das Hauptaugenmerk lag dabei auf der Untersuchung von Wärmeübergängen und Wärmeverlusten entlang des Kollektorfelds, ebenso wie die Simulation der Notfallsituation eines Pumpenausfalls mit einem resultierenden Massenstromstillstand. Als Wärmeträgermedium wurde das sogenannte "Solar Salt" verwendet, das sich vor allem hinsichtlich der hohen Betriebstemperaturen als eine vorteilhafte Alternative zu herkömmlichen Thermoölen erweist. Im theoretischen Teil dieser Arbeit wurde der Aufbau eines aktuellen salzbasierten Parabolrinnenkraftwerks beschrieben und die wesentlichen physikalischen Zusammenhänge von Rohrhydraulik und Wärmeübertragung erarbeitet. Ebenso wurden die Grundlagen der nummerischen Strömungsmechanik, als Voraussetzung für eine strukturierte Vorgehensweise bei der Modellierung, behandelt. Der praktische Teil der Arbeit umfasste die Erstellung des Absorberrohrmodells mit der Simulationssoftware ANSYS CFX. Dafür mussten zunächst zahlreiche Testsimulationen durchgeführt werden, um sich mit der komplexen Software vertraut zu machen und eine richtige Einschätzung der Simulationsergebnisse zu entwickeln. Weiterhin erforderte die Netzgenerierung mit ICEM einen Großteil der Bearbeitungszeit, da bei der Diskretisierung des Berechnungsgebiets signifikante numerische Fehler entstehen können, die keine ausreichende Qualität des Modells zur Folge hätten. Eine Abschätzung der zu erwartenden Vorgänge von Strömung und Wärmeübergang ist dabei unerlässlich.