view in publisher's site

Using CFD and ray tracing to estimate the heat losses of a tubular cavity dish receiver for different inclination angles

Highlights•Heat loss from a cavity dish solar receiver is accurately determined using CFD.•Radiation losses are simulated using the Discrete Ordinates method.•The solar heat source is determined using ray tracing on a complex geometry.•The numerical simulation is validated using a full-scale heating experiment.•Convection loss is simulated for various wind speeds and dish orientations.AbstractThe process of obtaining an accurate estimate of the heat losses of a tubular cavity receiver absorbing concentrated solar energy from a parabolic dish at various inclination angles and wind speeds is described. Computational fluid dynamics (CFD) was used to simulate the conjugate heat transfer of the absorbed solar radiation to the heat transfer fluid while considering thermal radiation as well as forced and natural convective heat losses. Validation is performed against an experimental heating test at full-scale using heated air and measured wind conditions. On-sun conditions were modelled using the ray-tracing software, SolTrace, adapted for complex geometry receivers using ANSYS mesher and user coding. A 200 million ray result was found to be ray and mesh independent for a meshed receiver surface containing 30 000 elements. The SolTrace heat flux distribution was implemented as a volumetric source in ANSYS Fluent employing user-defined functions. The losses due to thermal radiation out of the cavity, and due to natural convection (using the buoyancy-driven mechanism afforded by gravity and the ideal gas formulation) and forced convection (due to the atmospheric wind) are presented. For the dish considered, 40–50% of the absorbed solar power was transferred to the heat transfer fluid for dish orientations from −45° to 45°, and wind speeds between 0.5 m/s and 4 m/s. This variation was mainly due to a variation in convective heat losses, with thermal radiative heat losses remaining constant at about 30%. The Nusselt numbers from the CFD simulations are compared against correlations from literature.

استفاده از CFD و ردیابی پرتو برای تخمین اتلاف گرمایی گیرنده حفره لوله‌ای برای زوایای شیب مختلف

نقاط اوج اتلاف گرما از گیرنده خورشیدی حفره به دقت با استفاده از CFD تعیین می‌شود. تلفات تابش با استفاده از روش نمودارهای گسسته شبیه‌سازی می‌شوند. منبع حرارت خورشیدی با استفاده از ردیابی اشعه در هندسه پیچیده تعیین می‌شود. شبیه‌سازی عددی با استفاده از یک آزمایش گرمایش در مقیاس کامل تایید می‌شود. شکست همرفتی برای سرعت‌های مختلف باد و جهت گیری های دیش شبیه‌سازی می‌شود. شکست فرآیند به دست آوردن یک تخمین دقیق از تلفات گرمایی یک گیرنده حفره لوله‌ای که انرژی متمرکز خورشیدی را از یک ظرف سهموی در زوایای شیب مختلف جذب می‌کند و سرعت باد توصیف می‌شود. دینامیک سیالات محاسباتی (CFD)برای شبیه‌سازی انتقال حرارت مزدوج تابش خورشید جذب‌شده به سیال انتقال حرارت با در نظر گرفتن تابش گرمایی و همچنین اتلاف حرارت جابجایی طبیعی و اجباری مورد استفاده قرار گرفت. اعتبار سنجی در برابر یک تست تجربی گرمایش در مقیاس کامل با استفاده از هوای گرم و شرایط باد اندازه‌گیری شده انجام می‌شود. شرایط تابش خورشید با استفاده از نرم‌افزار ردیابی پرتو، SolTrace، برای گیرنده‌های هندسی پیچیده با استفاده از کد گذاری ANSYS و کد گذاری کاربر، مدل‌سازی شد. یک نتیجه ۲۰۰ میلیونی اشعه برای یک سطح گیرنده دارای ۳۰ هزار عنصر مستقل از شبکه و اشعه بود. توزیع شار گرما به عنوان یک منبع حجمی در سیال ANSYS با استفاده از توابع تعریف‌شده توسط کاربر اجرا شد. تلفات ناشی از تابش گرمایی خارج از محفظه، و به خاطر همرفت طبیعی (با استفاده از مکانیزم شناوری حاصل از جاذبه و فرمولاسیون گاز ایده‌آل)و همرفت اجباری (با توجه به باد جوی)ارایه شده‌است. برای ظرف در نظر گرفته‌شده، ۴۰ تا ۵۰ % از انرژی جذب‌شده خورشیدی برای جهت گیری های ظرف از ۴۵ - درجه به ۴۵ - درجه و سرعت باد بین ۰.۵ m / s و ۴ m / s به سیال انتقال حرارت منتقل شد. این تغییر عمدتا به دلیل تغییر در اتلاف گرمای همرفتی بود که اتلاف گرمای تابشی گرمایی در حدود ۳۰ % ثابت باقی می‌ماند. اعداد ناسلت از شبیه‌سازی‌های CFD در برابر همبستگی‌های موجود مقایسه می‌شوند.
ترجمه شده با


پر ارجاع‌ترین مقالات مرتبط:

  • مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • ترجمه مقاله Renewable Energy, Sustainability and the Environment
  • مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • ترجمه مقاله انرژی تجدید پذیر، پایداری و محیط زیست
  • مقاله General Materials Science
  • ترجمه مقاله General Materials Science
  • مقاله علوم مواد عمومی
  • ترجمه مقاله علوم مواد عمومی
سفارش ترجمه مقاله و کتاب - شروع کنید

با استفاده از افزونه دانلود فایرفاکس چکیده مقالات به صورت خودکار تشخیص داده شده و دکمه دانلود فری‌پیپر در صفحه چکیده نمایش داده می شود.