بررسي پارامتريك كارآيي يك راكتور خورشيدي چندلوله‌اي به روش رهگيري اشعه مونت- كارلو

A Parametric Study on Optical Performance of a Multi-Tubular Solar Reactor by Monte-Carlo ray Tracing Method

دريافت‌كننده خورشيدي كه در مركز كانوني سيستم‌هاي متمركزكننده خورشيدي قرار دارد عموماً شار تابشي شديدي را تحمل مي‌كند. تمركز نامتقارن پرتوهاي خورشيدي باعث مي‌شود شار حرارتي روي قسمت‌هاي مختلف دريافت‌كننده به‌صورت يكنواخت توزيع نشود. اين توزيع نامتقارن منجر به تنش‌هاي حرارتي در دريافت‌كننده مي‌شود كه روي عملكرد آن تاثير منفي گذاشته و طول عمر مفيد آن را كاهش مي‌دهد. از اين رو كاهش توزيع غيريكنواخت شار تابشي روي قسمت‌هاي مختلف دريافت‌كننده از جمله لوله‌هاي داخل آن امري ضروري است. هدف از اين پژوهش بررسي توزيع شار متمركز خورشيدي روي لوله‌هاي گرافيتي داخل يك راكتور خورشيدي 50كيلوواتي است كه قبلاً براي تجزيه حرارتي متان طراحي شده و در يك كوره خورشيدي آزمايش شده است. در اين مطالعه با استفاده از روش رهگيري اشعه مونت‌كارلو توان خورشيدي جذب‌شده توسط قسمت‌هاي مختلف اين راكتور محاسبه شده و تاثير ضريب جذب ديواره‌هاي راكتور و سايز روزنه ورودي روي ميزان و توزيع توان جذب‌شده توسط لوله‌هاي داخل راكتور بررسي شده است. نتايج حاصل از اين پژوهش نشان مي‌دهد كه روزنه ورودي 16‌سانتيمتري بيشترين جذب توان را داشته و منجر به توزيع شار خورشيدي يكنواخت‌تري مي‌شود. جايگزين‌كردن ديواره‌هاي منعكس‌كننده به‌جاي ديواره‌هاي جاذب نيز توان بيشتري توسط لوله‌ها جذب‌شده و توزيع شار بهتري را باعث مي‌شود.

Cavity receiver in solar tower concentrator usually experiences highly intense radiation. Due to asymmetric concentration of solar rays, non-uniform heat flux distribution occurs on the different parts of the cavity receiver. This non-uniform distribution leads to uneven thermal expansion and stresses in receiver, which affects the reliable operation and reduces life time of receiver parts. Therefore, it is necessary to reduce the non-uniformity of solar flux on the surface of the absorber tubes and different parts of the solar reactor. The aim of this study was to focuses on the distributions of concatenated solar flux over graphite tubes of a 50kW solar reactor, which was previously designed for methane thermal dissociation at the focus of a solar furnace. In this study, the absorbed solar power on the different parts of the reactor is determined by Monte Carlo ray tracing method. Moreover, the effect of aperture size and the absorptivity of receiver parts on the net magnitude and distribution of absorbed power in reactor are investigated. The results prove that the 16cm aperture absorbs the maximum power and leads to even better solar flux distributions. Replacing the absorbing walls by the reflective walls will also result in more power absorbed by the tubes and better uniformity of flux distribution around the tubes.