НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o606.Pdf (1258.90Кб)

УДК 001.891.573

Россия,  МГТУ им. Н.Э. Баумана

При проектировании зеркальных концентрирующих систем (ЗКС) для высокотемпературных солнечных энергоустановок необходимо располагать достаточно достоверными и экономичными методами и средствами позволяющими анализировать характеристики таких систем и прогнозировать их в зависимости от условий эксплуатации и, соответственно, выбирать наиболее подходящую ЗКС для решения конкретной задачи.
Экспериментальное определение характеристик ЗКС требует проведения сложных и дорогостоящих экспериментов, имеющих значительные ограничения на интерпретацию результатов, а также ограничения, накладываемые из-за габаритов конструкции. Поэтому особый интерес представляет разработка математических моделей, позволяющих рассчитывать характеристики таких ЗКС с учётом влияния условий эксплуатации, конструктивных особенностей, шероховатости и других дефектов поверхности.
Для эффективного решения поставленных задач такая модель должна обеспечивать моделирование как непосредственно потока солнечного излучения, так и геометрических и оптических характеристик отражающей поверхности, а также их взаимодействие. В связи с этим была разработана и реализована в программном комплексе статистическая математическая модель радиационного теплообмена, основанная на использовании методов Монте-Карло и методе конечных элементов, и позволяющая определить основные характеристики ЗКС.
В данной статье основное внимание уделено исследованию влияния глубоких дефектов (полостей, кратеров) отражающей поверхности на характеристики зеркал, а также особенностям учёта таких дефектов при математическом моделировании радиационного теплообмена в ЗКС. Наличие глубоких дефектов не характерно для зеркальных систем, но их появление возможно в процессе эксплуатации в результате эрозии или каких-либо физических повреждений. Например, для космической техники это в первую очередь микрометеорная эрозия.

1. Lovegrove K., Stein W. Concentrating Solar Power Technology. Principles, Developments and Applications. Cambridge: Woodhead Publishing Limited, 2012. 708 p.
2. Виссарионов В.И., Дерюгина Г.В., Кузнецова В.А., Малинин Н.К Солнечная энергетика. М.: Издательский дом МЭИ, 2011. 276 c.
3. Скребушевский Б.С. Космические энергетические установки с преобразованием солнечной энергии. М.: Машиностроение, 1992. 224 с.
4. El Ouederni A.R., Ben Salah M., Askri F., Ben Nasrallah M., Aloui F.Experimental study of a parabolic solar concentrator // J. Revue des Energies Renouvelables. 2009. Vol. 12, no. 3. P. 395-404.
5. Leonov V., Bannikov A., Zharenov I. Mathematical Modeling of Radiative Heat Transfer Process in High-Temperature Solar Power Plant // Proc. 15th Int. Heat Transfer Conf. (IHTC-15) (Kyoto, Japan, 10-15 August 2014). 2014. P. 1-15.
6. Modest M.F. Radiative Heat Transfer. 3^rd ed. New York: Acad. Press, 2013. 904 p.
7. Siegel R., Howell J.R., Menguc M.P. Thermal radiation heat transfer. 5^th ed. Boca Raton, Florida: CRC Press, 2010. 987 p.
8. Ramamurty G. Applied Finite Element Analysis. 2^nd ed. New Delhi: I. K. International Publishing House Pvt. Ltd., 2010. 448 p.
9. Панасюк М.И. Модель космоса. В 2 т. T. 2. Воздействие космической среды на материалы и оборудование космических аппаратов / под ред. Л.С. Новикова. М.: КДУ, 2007. 1144 с.
10. Никитушкина О.Н., Иванов Л.И., Петров А.Н., Новиков Л.С., Коношенко В.П., Соколов В.Г. Структура микрократеров на поверхности металлических образцов, экспонировавшихся в открытом космосе // Физика и химия обработки материалов. 2002. № 2. С. 21-25.
11. Никитушкина О.Н., Иванов Л.И., Бедняков С.А., Новиков Л.С. Изменение морфологии поверхности металлов при сверхзвуковом соударении // Физика и химия обработки материалов. 2001. № 1. С. 48-51.
12. Berthoud L., Mandeville J.С. Empirical impact equations and marginal perforation // Proc. of the 1st Europe Conf. on Space Debris (Darmstadt, 5-7 April 1993). ESA SD-01, 1993. P. 459-464.