A software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station
Thermodynamic solar technologies are developed steadily all over the world. They are highly efficient, well-tested and have large element base. Different combined systems can bedesigned based on classic solar plants with parabolic cylindrical concentrators. These systems can be photovoltaic-thermal...
Saved in:
| Date: | 2016 |
|---|---|
| Main Author: | |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2016
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/119 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871102974041784320 |
|---|---|
| author | Knysh, L. |
| author_facet | Knysh, L. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "L. Knysh",
"institution": "Dnipropetrovsk National University of Oles Honchar"
}
] |
| author_sort | Knysh, L. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:10Z |
| description | Thermodynamic solar technologies are developed steadily all over the world. They are highly efficient, well-tested and have large element base. Different combined systems can bedesigned based on classic solar plants with parabolic cylindrical concentrators. These systems can be photovoltaic-thermal (PVT), solar-wind, solar-fuel etc. The economic efficiency of theseprojects depends on the choice of optimal parameters of the «Sun – concentrator – heat receiver» systems. This problem is solved using a multi-physical approach, which combines fewtechniques of a different mathematical nature.A software package includes three blocks. The block SUN models radiation heat transfer using the Monte-Carlo method. This modeling determines heat flow density in the focus of the concentrator, where the tube receiver is placed. The value of the focus spot is determined and the design of heat receiver is optimized. At the same time velocity profile for coolant is calculated in the blockSPEED. This profile depends on the chosen geometry of a receiver and coolant flow regime.Results obtained from block SUN define the boundary conditions in heat receiver. Temperature fields are calculated in block TEMPERATURE, which also receives velocity profile from block SPEED.The temperature fields in heat receiver and the average temperature at the exit from heat receiver are calculated. After that heat power of a receiver module is determined and comparedwith a design value. If the obtained value differs significantly from the design value, then an iterative procedure is used in order to find optimal parameters.Dynamic (coolant velocity and viscosity), geometrical (diameter of concentrator and receiver, quality of a surface of the concentrator, the method of thermal insulation and its thickness), thermal-physical (heat capacity of coolant and its thermal conductivity) properties are adjusted during this procedure. Some additional conditions (average wind velocity, the average temperature of the environment) also can be taken into account. |
| first_indexed | 2025-07-17T11:36:42Z |
| format | Article |
| fulltext |
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 35
1. Суржик Т.В. Експериментальне дослідження абсор-
бера полімерних сонячних колекторів на довговічність //
Відновлювана енергетика. – № 1. – 2008. – С. 25–29.
REFERENCES
1. Surzhyk T.V. Experimental study absorber polymer solar
collectors durability // Renewable energy. – №1 – 2008.
– Рp. 25–29 (Ukr).
А.Н.Суржик (Институт возобновляемой энергетики НАН
Украины, Киев)
Экспериментальное исследование на долговечность
композиционных материалов коллекторов солнечной
энергии
Проведены экспериментальные исследования на долговеч-
ность композиционных материалов коллекторов солнечной
энергии на основе углерода и наполнителей. Библ. 1, табл. 1.
Ключевые слова: солнечный коллектор, композиционный
материал, долговечность.
O.M.Surzhyk (Renewable Energy Institute of NAS of Ukraine,
Kyiv)
Experimental study on the durability of composite materials
collectors of solar energy
Experimental studies have been conducted on the durability of
composite materials Solar energy and carbon-based fillers. Ref-
erence 1, table 1.
Keywords: solar collector, composite, durability.
SYNOPSES
Experimental research on durability conducted to deter-
mine the life of the composite material absorber solar collector
(SC) under natural climatic conditions; the ability of the design
to keep operating until the end of the period specified in the
terms of the margin needed to preserve functional properties. SK
investigated absorbers made of composite materials for solar
collectors, which included basic component, fillers and binders.
During the tests measured: temperature in a heat chamber of
artificial weather; energy radiation coming from the radiation
source unit sample surface; temperature and pressure of the in-
ternal liquid medium experimental design; including the test and
the destruction of the sample.
Стаття надійшла до редакції 07.06.16
Остаточна версія 14.06.16
УДК 621.472
Л.И.Кныш, докт.техн.наук (Днепропетровский национальный университет им. О.Гончара, Днепропетровск)
Программный модуль для комплексного исследования энергопереноса в
теплоприёмниках солнечных параболоцилиндрических станций
Предлагается алгоритм расчета геометрических, динамических и энергетических параметров системы приёма параболо-
цилиндрических солнечных станций. Алгоритм базируется на фрагментарном мультифизическом подходе, основанном на
взаимодействии нескольких методик, различных по своей математической сути. Предлагаемый программный продукт
может заменить достаточно громоздкие и дорогостоящие вычисления на основе стандартных пакетов, обеспечить мак-
симально быстрое взаимодействие между основными расчётными блоками и проведение множества численных экспери-
ментов по нахождению параметров системы, близких к проектным. Библ. 9, рис. 1.
Ключевые слова: солнечная параболоцилиндрическая станция, система приёма солнечного излучение, концентратор,
трубчатый теплоприёмник, мультифизический подход.
ORCID 0000-0003-3525-4804
Введение. Поступательное развитие солнеч-
ной энергетики на данном этапе уже практически
не зависит от конъюнктуры цен на энергоносите-
ли, политических и социальных изменений и
других факторов, далёких от науки и техниче-
ского прогресса. Следует отметить, что в миро-
вой возобновляемой энергетике в большей или
меньшей мере востребованы все типы преобразо-
вания солнечной энергии, базирующиеся на карди-
нально разных методах и подходах. "Солнечные"
проекты, как правило, инвестируются частными
компаниями, поэтому, зачастую, выбор типа пред-
лагаемых систем зависит от апробированности
данной технологии в проектной компании.
© Л.И.Кныш, 2016
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 36
На территории Украины реализовано или
планируется к реализации множество проектов
солнечных фотоэлектрических энергосистем, ко-
торые показали свою высокую энергетическую
эффективность и экологическую чистоту [1]. От-
носительно короткий срок эксплуатации фото-
электрических станций ещё не позволяет нако-
пить достаточный материал по некоторым нега-
тивным моментам, которые связаны с естествен-
ной деградацией солнечных элементов и сущест-
вующими при этом потерями мощности. Учёт
этих факторов приведёт, в конечном счёте, к по-
вышению сроков окупаемости таких станций и
стоимости вырабатываемой на них электриче-
ской энергии.
Менее уязвимы в этом смысле термодинами-
ческие солнечные станции, проектированию ко-
торых отдают предпочтение в США (Solana Ge-
nerating Station Project, Ivanpah Solar Electric Ge-
nerating system), Испании (Solaben Solar Power
Station), Южной Африке (Khi Solar One,
Bokpoort), во многих арабских странах (Miraah,
Noor, Shams Solar Power Station). Эти системы
имеют значительные преимущества в эффектив-
ности и долговечности по сравнению с фотоэлек-
трическими станциями. Причём эффективность
термодинамических станций существенно воз-
растает с увеличением мощности. Классический
паротурбинный цикл в этих станциях может быть
дополнен фотоэлектрическим контуром. Эффек-
тивность таких комбинированных систем возрас-
тает и представляет собой сумму КПД двух неза-
висимых циклов [2, 3].
Функционирование опытной солнечной тер-
модинамической станции СЭС-5 показало воз-
можность использования термодинамической
солнечной технологии в местах высокой инсоля-
ции (побережье Черного и Азовского морей, За-
карпатье, Центральные и Восточные районы Ук-
раины). СЭС-5 была выполнена в виде башни.
Зеркала таких станций чётко ориентированы на
Солнце, что обеспечивается двухосевой системой
слежения. На привод данной системы затрачива-
ется значительный энергетический потенциал
станции. В этой связи более экономичными явля-
ются термодинамические параболоцилиндриче-
ские станции с одноосевой системой слежения за
Солнцем.
Реализуемый в таких станциях классический
паротурбинный цикл практически не требует до-
полнительных доводок и базируется на элемент-
ной базе, характерной для традиционной энерге-
тики. Цена отпускаемой электрической энергии,
срок окупаемости параболоцилиндрических
станций и другие важные экономические пара-
метры в данном случае во многом определяются
проектными характеристиками систем приёма
солнечного излучения. Поэтому создание мате-
матических моделей энергомассопереноса в при-
ёмных системах термодинамических станций и
реализация на их основе быстродействующих
алгоритмов расчёта – важнейшая задача, стоящая
перед проектировщиками таких станций. Один из
этапов решения этой задачи представлен в дан-
ной работе.
Постановка задачи и метод её решения.
Система приёма параболоцилиндрической стан-
ции включает в себя три основных объекта –
Солнце, как первичный источник тепла, концен-
тратор, как вторичный источник и трубчатый те-
плоприёмник с движущимся внутри теплоноси-
телем. Множество факторов различной физиче-
ской природы, которые влияют на энергомассо-
перенос в этой системе, существенно усложняют
математическое моделирование и разработку ал-
горитмов расчёта. Кроме того, использование
разных подходов к расчёту (детерминированных
и недетерминированных) делает проблематич-
ным сопряжение основных расчётных моментов.
Эту проблему предлагается решать на основе
подходов, характерных для мультифизичного
моделирования, важной концепцией которого
является использование результатов одной моде-
ли в качестве начальных или граничных условий
для другой модели. Такой метод позволяет полу-
чать результаты, подробно отражающие суть фи-
зических явлений, используя различный матема-
тический аппарат. При этом алгоритмизацию
созданной математической модели предполагает-
ся реализовывать в едином информационном
пространстве, что приводит к повышению
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 37
точности результатов, минимизации временных
затрат на подготовку модели и трансляцию про-
межуточных результатов.
Конечно, понятие мультифизичности чаще
воспринимается в широком смысле, под которым
понимается использование суперкомпьютерных
технологий, обеспечивающих имитационное мо-
делирование сложных инженерных систем. Это
моделирование проводится с использованием
специальных пакетов, которые часто разрабаты-
ваются или адаптируются под конкретное науко-
емкое производство. Однако такой подход можно
использовать и в более узком, фрагментальном
смысле, в частности, при моделировании взаимо-
связанных процессов энергомассопереноса в сис-
теме "Солнце – концентратор – теплоприёмник".
Некоторые этапы, на которых базируется разра-
ботка такого алгоритма, представлены ниже.
Этапы расчёта. На первом этапе исследова-
ния необходимо провести расчёт плотности лу-
чистого теплового потока, который, отражаясь от
поверхности концентратора, поступает на по-
верхность теплоприёмника. Существует множе-
ство подходов к решению этой задачи, каждый из
которых имеет свои преимущества [4]. Однако в
данной постановке наиболее рациональным ме-
тодом для расчёта лучистого теплообмена в сис-
теме "Солнце – концентратор – теплоприёмник"
видится статистический метод Монте-Карло. При
таком вероятностном подходе становится воз-
можным учесть специфические особенности от-
ражения солнечных лучей от поверхности кон-
центратора, которые связаны с технологическими
и эксплуатационными неточностями поверхности
зеркала, что, в конечном счёте, влияет на вероят-
ность попадания отражённого от концентратора
луча на поверхность трубчатого теплоприёмника,
расположенного в фокусе зеркала [5]. Проведен-
ные по этой методике численные исследования
показали, что даже при относительно больших
размерах зеркал размеры фокального пятна будут
невелики (3-5 см), и максимальная интенсивность
солнечного излучения будет падать лишь на от-
носительно небольшой участок теплоприёмного
канала. Это позволяет определить геометриче-
ские размеры и конструкцию канала, обосновать
необходимость использования теплоизоляции
при его проектировании. На основе расчётного
алгоритма Монте-Карло определяются также
граничные условия для следующего этапа иссле-
дований, связанных с течением и теплообменом
теплоносителя в трубчатом канале.
Моделирование тепломассопереноса в теп-
лоприёмнике с движущимся внутри теплоноси-
телем проводилось на основе уравнений Навье-
Стокса в приближении слоистого течения. Пред-
полагалось, что течение теплоносителя стабили-
зированное, причём внутри канала возможны не-
которые конструктивные решения – перегородки,
турбулизаторы, стабилизаторы [6]. Малая зави-
симость теплофизических и динамических пара-
метров от температуры позволяет решать дина-
мические и энергетические уравнения независи-
мо друг от друга, что структурирует задачу, де-
лая её решение более прозрачным.
На рис. 1 представлена блок-схема созданно-
го программного модуля, в которой указаны все
этапы проводимого расчёта. Блок SUN создан
для расчёта облученности теплоприёмника и ба-
зируется на реализации метода Монте-Карло.
Блок SPEED – вычисление возможных профилей
скорости. Выбор профиля скорости проводится в
зависимости от типа течения в канале и его гео-
метрии. Кроме классического ламинарного пара-
болического профиля для круглого канала в мо-
дуль входит вычисление турбулентных профилей
на основе индуктивной теории свободной турбу-
лентности Рейхардта, на основе подходов Дайс-
лера, Бай Ши-И, а также классического степен-
ного закона. Кроме того, при наличии в канале
дополнительных конструктивных элементов, на-
пример, перегородок, существует возможность
введения в модуль SPEED профилей скорости
для некруглых каналов. Например, для расчёта
динамики течения теплоносителя в перспектив-
ных солнечных комбинированных PVT-станциях
в модуль SPEED было введено выражение для
профиля скорости в полукруглом канале, осно-
ванное на решении уравнения Пуассона [7].
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 38
Рис. 1. Схема программного модуля для вычисления параметров системы приёма
параболоцилиндрических солнечных станций.
Поле скоростей, вычисленное в модуле
SPEED, передаётся в модуль для вычисления по-
лей температур TEMPERATURE. В качестве гра-
ничных условий используются данные по облу-
чённости приёмника, рассчитанные в модуле
SUN. Используя эти граничные условия в качест-
ве активных, рассчитывается поле температур
теплоносителя в радиальном направлении. Это
поле будет первым объектом метода расщепле-
ния двумерной параболической задачи. На сле-
дующем шаге вычисляется поле температур по
угловой координате, причём в качестве значений
на предыдущем шаге выбирается радиальное по-
ле температур.
Такое расщепление по пространственным
радиальным R и угловым координатам позво-
ляет проводить моделирование одномерных про-
цессов с помощью неявных схем, а последова-
тельное действие процессов учитывать явно. Ре-
шение двумерной задачи по переменным R и
сводится к расчёту на каждом полуцелом шаге по
пространственной продольной координате Z на-
бора одномерных задач, решаемых методом про-
гонки. Применение неявной аппроксимации
обеспечивает устойчивость схемы, а общее число
арифметических действий оказывается пропор-
циональным числу узловых точек, поскольку ал-
горитм прогонки обладает этим свойством. Вы-
бор шага расчётной сетки обусловлен устойчиво-
стью решения. В качестве критерия устойчивости
выбиралось сеточное число Пекле, характерное
для схемы "против потока" [8].
Данный алгоритм заканчивается расчётом
среднемассовой температуры на выходе из теп-
лообменного канала с последующим вычислени-
ем интегральной тепловой мощности системы
приёма всего параболоцилиндрического модуля.
После чего происходит сравнение полученной
тепловой мощности с проектной. Если значения
различаются выше заложенной погрешности, то
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 39
организуется итерационный процесс, в ходе ко-
торого уточняются геометрические (диаметр зер-
кала, диаметр теплоприёмника, точность изго-
товления концентратора, наличие, тип и толщина
изоляции теплоприёмного канала), динамические
(скорость и вязкость теплоносителя), теплофизи-
ческие (теплоёмкость и теплопроводность тепло-
носителя) показатели системы приёма.
Кроме того, может быть промоделировано
влияние некоторых внешних условий на энерге-
тические параметры модуля, такие как средняя
скорость ветра, средняя температура окружаю-
щей среды.
Следует отметить, что при составлении алго-
ритма расчёта плотность теплового потока от
Солнца принималась постоянной, не зависящей
от географических и климатических параметров.
Очевидно, что при проектировании реальных
систем это делать недопустимо. В настоящее
время существует множество прикладных про-
грамм по определению уровня радиации, кото-
рые могут быть состыкованы с работой создан-
ного модуля. От значения радиации зависит так-
же работа систем слежения, термоаккумулятора,
блока перехода на традиционное топливо в слу-
чае солнечно-топливных станций [9]. Согласова-
ние работы всех систем станции – отдельная
масштабная задача, решение которой не входит в
рамки данной работы.
Выводы. В работе представлен алгоритм
расчёта наиболее рациональных геометрических,
динамических и энергетических параметров сис-
темы приёма солнечных параболоцилиндриче-
ских станций. Алгоритм лёг в основу программ-
ного модуля, который базируется на фрагментар-
ном мультифизичном подходе – использование
результатов одного расчётного блока в качестве
начальных или граничных условий для следую-
щего. Причём эти расчётные блоки могут быть
построены на принципиально разных методоло-
гических подходах. Предложенный программный
модуль, созданный для конкретной задачи, может
заменить достаточно дорогостоящие и громозд-
кие пакеты прикладных программ, существенно
минимизировать время расчёта и его стоимость.
В модуле существует возможность варьирования
основными характеристиками системы приёма
параболоцилиндрических станций для нахожде-
ния тех, которые полностью обеспечивают их
проектные энергетические параметры.
1. Резцов В.Ф., Суржик Т.В., Хилько В.А. Создание сол-
нечной электростанции в Международном детском центре
"Артек" // Альтернативная энергетика и экология. – 2013.
– №17. – С. 44–45.
2. Андреев В.М. Концентраторная солнечная фотоэнер-
гетика // Альтернативная энергетика и экология. – 2012.
– №5 – 6. – С. 40–44.
3. Стребков Д.С., Майоров В.А., Панченко В.А. Сол-
нечный тепло-фотоэлектрический модуль с параболотори-
ческим концентратором // Альтернативная энергетика и
экология. – 2013. – № 1–2. – С. 35–39.
4. Гаевский А.Ю., Ушкаленко О.В. Расчёт распределе-
ния мощности электромагнитного излучения в солнечных
концентраторах // Альтернативная энергетика и экология.
– 2014. – №23. – С. 39–44.
5. Кныш Л.И. Численное моделирование лучистого те-
плопереноса в системе концентрации солнечного излучения
«параболоцилиндрический концентратор – трубчатый теп-
лоприёмник // Альтернативная энергетика и экология.
– 2013. – №2. – С. 17–21.
6. Майоров В.А., Стребков Д.С., Трушевский С.Н. Ис-
следование конструктивных и энергетических параметров
приёмников излучения солнечных модулей с концентрато-
рами // Альтернативная энергетика и экология. – 2015.
– №6. – С. 24–30.
7. Кныш Л.И. Сравнительный анализ методов расчёта
распределения скорости течения теплоносителя в теплопри-
ёмнике солнечной энергетической установки// Альтерна-
тивная энергетика и экология. – 2013. – №1-1. – С. 14–17.
8. Патанкар С. Численные методы решения задач теп-
лообмена и динамики жидкости. – М.: Энергоатомиз-
дат,1984. – 152 с.
9. Гамарко А.В., Резцов В.Ф., Суржик Т.В., Шев-
чук В.И. Анализ устойчивости аккумуляторов энергии сол-
нечного излучения // Альтернативная энергетика и экология.
– 2012. – №7.– С. 37–40.
REFERENCES
1. Reztsov V.F., Surzhik T.V., Khilko V.A. Creating a solar
power plant in the International "Artek" Children's Center // Alterna-
tivnaya energetika i ekologiya. – 2013. – №17. – Pp. 44–45. (Rus)
2. Andreev V.M. Concentrator solar photovoltaics // Alterna-
tivnaya energetika i ekologiya. – 2012. – №5-6. – Pp. 40–44. (Rus)
3. Strebkov D.S., Mayorov V.A., Panchenko V.A. Solar
thermal photovoltaic module with a parabolotorical concentrator
// Alternativnaya energetika i ekologiya. – 2013. – № 1–2.
– Pp. 35–39. (Rus)
4. Gaevskiy A.Yu., Ushkalenko O.V. Calculation of power
distribution of electromagnetic radiation in solar concentrators //
Alternativnaya energetika i ekologiya. – 2014. – № 23.
– Pp. 39–44. (Rus)
СОНЯЧНА ЕНЕРГЕТИКА ISSN 1819-8058
Відновлювана енергетика. 2016. № 2 40
5. Knysh L.I. Numerical simulation of radiant heat transfer
in the system of solar concentration "parabolic cylindrical con-
centrator – tubular heat receiver" // Alternativnaya energetika i
ekologiya. – 2013. – №2. – Pp. 17–21. (Rus)
6. Mayorov V.A., Strebkov D.S., Trushevskiy S.N. The
study of structural and power parameters of radiation receivers
of solar modules with concentrators // Alternativnaya energetika
i ekologiya. – 2015. – №6. – Pp. 24–30. (Rus)
7. Knysh L.I. Comparative analysis of the methods of cal-
culating the velocity distribution of coolant flow in heat receiver
solar power plant // Alternativnaya energetika i ekologiya.
– 2013. – №1-1. – Pp. 14–17. (Rus)
8. Patankar S. Numerical methods for solving problems of
heat transfer and fluid dynamics. – М.: Energoatomizdat,1984.
– 152 p. (Rus)
9. Gamarko A.V., Reztsov V.F., Surzhik T.V., Shevchuk V.I.
Stability analysis of solar energy batteries // Alternativnaya en-
ergetika i ekologiya. – 2012. – №7. – Pp. 37–40. (Rus)
Л.І.Кныш, докт.техн.наук (Дніпропетровський
національний університет ім. О.Гончара, Дніпропетровськ)
Програмний модуль для комплексного дослідження
енергопереносу в теплоприймачах сонячних параболо-
циліндричних станцій
Пропонується алгоритм розрахунку геометричних,
динамічних та енергетичних параметрів системи прийому
параболоциліндричних сонячних станцій. Алгоритм
базується на фрагментарному мультифізичному підході,
що базується на взаємодії декількох методик, які різні за
своєю математичною суттю. Запропонований програмний
продукт може замінити досить громіздкі та дорогі обчис-
лення на основі стандартних пакетів, забезпечити макси-
мально швидку взаємодію між основними розрахунковими
блоками та проведення багатьох чисельних експериментів
по знаходженню параметрів системи, близьких до проект-
них. Бібл. 9, рис. 1.
Ключові слова: сонячна параболоциліндрична станція, сис-
тема прийому сонячного випромінювання, концентратор,
трубчатий теплоприймач, мультифізичний підхід.
Knysh L.I., (Dnipropetrovsk National University of Oles Hon-
char, Dnipropetrovsk)
A software package for analysis of energy transfer in the
receiver of solar parabolic cylindrical station
An algorithm for analysis of geometric, dynamic and energy
parameters of receiver in a parabolic cylindrical solar plant is
proposed. The algorithm is based on fragmentary multi-physical
approach that is a result of an interaction between few tech-
niques of a different mathematical nature. The proposed soft-
ware package is able to replace cumbersome and expensive
solutions, provides the highest speed of interaction between main
computational blocks, and allows performing a number of nu-
merical experiments to determine optimal parameters of a sys-
tem. References 9, figure 1.
Keywords: solar parabolic cylindrical plant, receiver system of
solar radiation, concentrator, tube receiver, multi-physical
approach.
SYNOPSES
Thermodynamic solar technologies are developed steadily
all over the world. They are highly efficient, well-tested and
have large element base. Different combined systems can be
designed based on classic solar plants with parabolic cylindrical
concentrators. These systems can be photovoltaic-thermal
(PVT), solar-wind, solar-fuel etc. Economical efficiency of these
projects depends on the choice of optimal parameters of the
«Sun – concentrator – heat receiver» systems. This problem is
solved using multi-physical approach, which combines few
techniques of a different mathematical nature.
A software package includes three blocks. The block SUN
models radiation heat transfer using Monte-Carlo method. This
modeling determines heat flow density in the focus of concentra-
tor, where the tube receiver is placed. The value of focus spot is
determined and the design of heat receiver is optimized. At the
same time velocity profile for coolant is calculated in the block
SPEED. This profile depends on chosen geometry of a receiver
and coolant flow regime.
Results obtained from block SUN define the boundary
conditions in heat receiver. Temperature fields are calculated in
block TEMPERATURE, which also receives velocity profile
from block SPEED.
The temperature fields in heat receiver and the average
temperature at the exit from heat receiver are calculated. After
that heat power of a receiver module is determined and com-
pared with a design value. If the obtained value differs signifi-
cantly from design value, then iterative procedure is used in
order to find optimal parameters.
Dynamic (coolant velocity and viscosity), geometrical (di-
ameter of concentrator and receiver, quality of surface of con-
centrator, method of thermal insulation and its thickness), ther-
mal-physical (heat capacity of coolant and its thermal conductiv-
ity) properties are adjusted during this procedure. Some addi-
tional conditions (average wind velocity, average temperature of
the environment) also can be taken into account.
Стаття надійшла до редакції 27.05.16
Остаточна версія 07.06.16
|
| id | veorgua-article-119 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Russian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:00:49Z |
| publishDate | 2016 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/65/1e88b145f5bbe06ec58fa6cbcc4de465.pdf |
| spelling | veorgua-article-1192026-07-18T06:32:10Z A software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station Программный модуль для комплексного исследования энергопереноса в теплоприёмниках солнечных параболоцилиндрических станций Програмний модуль для комплексного дослідження енергопереносу в теплоприймачах сонячних параболо-циліндричних станцій Knysh, L. solar parabolic cylindrical plant receiver system of solar radiation concentrator tube receiver multi-physical approach сонячна параболоциліндрична станція система прийому сонячного випромінювання концентратор трубчатий теплоприймач мультифізичний підхід солнечная параболоцилиндрическая станция система приёма солнечного излучения концентратор трубчатый теплоприёмник мультифизический подход Thermodynamic solar technologies are developed steadily all over the world. They are highly efficient, well-tested and have large element base. Different combined systems can bedesigned based on classic solar plants with parabolic cylindrical concentrators. These systems can be photovoltaic-thermal (PVT), solar-wind, solar-fuel etc. The economic efficiency of theseprojects depends on the choice of optimal parameters of the «Sun – concentrator – heat receiver» systems. This problem is solved using a multi-physical approach, which combines fewtechniques of a different mathematical nature.A software package includes three blocks. The block SUN models radiation heat transfer using the Monte-Carlo method. This modeling determines heat flow density in the focus of the concentrator, where the tube receiver is placed. The value of the focus spot is determined and the design of heat receiver is optimized. At the same time velocity profile for coolant is calculated in the blockSPEED. This profile depends on the chosen geometry of a receiver and coolant flow regime.Results obtained from block SUN define the boundary conditions in heat receiver. Temperature fields are calculated in block TEMPERATURE, which also receives velocity profile from block SPEED.The temperature fields in heat receiver and the average temperature at the exit from heat receiver are calculated. After that heat power of a receiver module is determined and comparedwith a design value. If the obtained value differs significantly from the design value, then an iterative procedure is used in order to find optimal parameters.Dynamic (coolant velocity and viscosity), geometrical (diameter of concentrator and receiver, quality of a surface of the concentrator, the method of thermal insulation and its thickness), thermal-physical (heat capacity of coolant and its thermal conductivity) properties are adjusted during this procedure. Some additional conditions (average wind velocity, the average temperature of the environment) also can be taken into account. Предлагается алгоритм расчета геометрических, динамических и энергетических параметров системы приёма параболо-цилиндрических солнечных станций. Алгоритм базируется на фрагментарном мультифизическом подходе, основанном на взаимодействии нескольких методик, различных по своей математической сути. Предлагаемый программный продукт может заменить достаточно громоздкие и дорогостоящие вычисления на основе стандартных пакетов, обеспечить максимально быстрое взаимодействие между основными расчётными блоками и проведение множества численных экспериментов по нахождению параметров системы, близких к проектным. Пропонується алгоритм розрахунку геометричних, динамічних та енергетичних параметрів системи прийому параболоциліндричних сонячних станцій. Алгоритмбазується на фрагментарному мультифізичному підході, що базується на взаємодії декількох методик, які різні за своєю математичною суттю. Запропонований програмнийпродукт може замінити досить громіздкі та дорогі обчислення на основі стандартних пакетів, забезпечити максимально швидку взаємодію між основними розрахунковимиблоками та проведення багатьох чисельних експериментів по знаходженню параметрів системи, близьких до проектних. Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2016-06-23 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/119 Vidnovluvana energetika ; No. 2 (45) (2016): Scientific and Applied Journal Vidnovluvana energetika; 35-40 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 2 (45) (2016): Научно-прикладной журнал Возобновляемая энергетика; 35-40 Відновлювана енергетика; № 2 (45) (2016): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 35-40 2664-8172 1819-8058 ru https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/119/75 Copyright (c) 2016 L. Knysh https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | solar parabolic cylindrical plant receiver system of solar radiation concentrator tube receiver multi-physical approach Knysh, L. A software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station |
| title | A software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station |
| title_alt | Программный модуль для комплексного исследования энергопереноса в теплоприёмниках солнечных параболоцилиндрических станций Програмний модуль для комплексного дослідження енергопереносу в теплоприймачах сонячних параболо-циліндричних станцій |
| title_full | A software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station |
| title_fullStr | A software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station |
| title_full_unstemmed | A software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station |
| title_short | A software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station |
| title_sort | software package for analysis of energy transfer in the receiver of solar parabolic cylindrical station |
| topic | solar parabolic cylindrical plant receiver system of solar radiation concentrator tube receiver multi-physical approach |
| topic_facet | solar parabolic cylindrical plant receiver system of solar radiation concentrator tube receiver multi-physical approach сонячна параболоциліндрична станція система прийому сонячного випромінювання концентратор трубчатий теплоприймач мультифізичний підхід солнечная параболоцилиндрическая станция система приёма солнечного излучения концентратор трубчатый теплоприёмник мультифизический подход |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/119 |
| work_keys_str_mv | AT knyshl asoftwarepackageforanalysisofenergytransferinthereceiverofsolarparaboliccylindricalstation AT knyshl programmnyjmodulʹdlâkompleksnogoissledovaniâénergoperenosavteplopriëmnikahsolnečnyhparabolocilindričeskihstancij AT knyshl programnijmodulʹdlâkompleksnogodoslídžennâenergoperenosuvteploprijmačahsonâčnihparabolocilíndričnihstancíj AT knyshl softwarepackageforanalysisofenergytransferinthereceiverofsolarparaboliccylindricalstation |