CFD-Simulation der Strömungssituation vor einem offenen volumetrischen Luftreceiver zur Ermittlung der konvektiven Verlustmechanismen

Abstract

Um die Energiegestehungskosten für Solar-Turmkraftwerke zu senken, wird am offenen volumetrischen Luftreceiver als Strahlungsempfänger geforscht. Neben den Strahlungsverlusten sind die konvektiven Verluste maßgeblich für den Wirkungsgrad der Umwandlung von Strahlung in Wärme dieser Technologie. Sie entstehen durch die zurück vor den Receiver geführte und nach dem Dampferzeuger noch mit Restwärme behafteter Luft. Die Rate der im halboffenen Prozess zirkulierenden Luft (Rückführrate) quantifziert diese. Diese Arbeit befasst sich speziell mit dem Einfluss von Seitenwind auf die Rückführrate. Dazu wird ein detailliertes CFD-Modell von einem Modul des modularen Receivers erstellt. Die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf den ganzen Empfänger wird mit einem 4-Module-Modell untersucht. Deutlich wird, dass Seitenwind zu einem rapiden Abfall der Rückführrate führt. Hauptsächlich die horizontal verlaufenden Spalte führen zu Verlusten. Für mehrere hintereinander liegende Module reduziert sich der Abfall der Rückführrate merklich. Zur Reduktion des negativen Windeinflusses kann neben einem massiven Windschutz eine rechteckige Neuanordnung des Receivers mit ebenfalls rechteckigen Modulen genannt werden.