Gast ::
| 001 | 988977 | ||
| 005 | 20251008095459.0 | ||
| 024 | 7 | _ | |2 HBZ |a HT030809226 |
| 024 | 7 | _ | |2 Laufende Nummer |a 43479 |
| 024 | 7 | _ | |2 datacite_doi |a 10.18154/RWTH-2024-06527 |
| 037 | _ | _ | |a RWTH-2024-06527 |
| 041 | _ | _ | |a English |
| 082 | _ | _ | |a 620 |
| 100 | 1 | _ | |0 P:(DE-588)1338426729 |a Broeske, Robin Tim |b 0 |u rwth |
| 245 | _ | _ | |a Simulation-based design and analysis of 3D-shaped volumetric absorber structures for solar tower power plants |c vorgelegt von Robin Tim Broeske |h online |
| 246 | _ | 3 | |a Simulationsgestützte Auslegung und Analyse 3D-Profilierter Volumetrischer Absorber-Strukturen für Solare Turmkraftwerke |y German |
| 260 | _ | _ | |a Aachen |b RWTH Aachen University |c 2024 |
| 300 | _ | _ | |a 1 Online-Ressource : Illustrationen |
| 336 | 7 | _ | |0 2 |2 EndNote |a Thesis |
| 336 | 7 | _ | |0 PUB:(DE-HGF)11 |2 PUB:(DE-HGF) |a Dissertation / PhD Thesis |b phd |m phd |
| 336 | 7 | _ | |2 BibTeX |a PHDTHESIS |
| 336 | 7 | _ | |2 DRIVER |a doctoralThesis |
| 336 | 7 | _ | |2 DataCite |a Output Types/Dissertation |
| 336 | 7 | _ | |2 ORCID |a DISSERTATION |
| 500 | _ | _ | |a Veröffentlicht auf dem Publikationsserver der RWTH Aachen University |
| 502 | _ | _ | |a Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2024 |b Dissertation |c Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen |d 2024 |g Fak04 |o 2024-02-22 |
| 520 | 3 | _ | |a Es wird erwartet, dass die globale Energiewende hin zu erneuerbaren Energien auf viele, unterschiedliche Technologien angewiesen sein wird, um erfolgreich zu sein. Die Nutzung des Sonnenlichts zur Stromerzeugung, insbesondere konzentrierte Solarkraftwerke und Solarturmkraftwerke mit offenen volumetrischen Receivern sind eine vielversprechende Option, die derzeit untersucht wird. Die Schlüsselkomponente offener volumetrischer Receiver sind poröse Absorberstrukturen, die für die Absorption der Sonneneinstrahlung verantwortlich sind. In den letzten Jahrzehnten hat die Forschung an porösen Absorberstrukturen wiederholt gezeigt, dass 3D-profilierte Absorberdesigns, deren Geometrie gezielt entlang der Strömungsrichtung variiert, das größte Potenzial für hohe Wirkungsgrade bieten. Die Herstellung solcher Absorber wird nun durch neuere Fertigungstechniken ermöglicht. Vor allem 3D-Druck erlaubt es, Strukturen mit einer Genauigkeit im Submillimeterbereich auszulegen. Während numerische Simulationsmodelle bereits zur Bewertung von Absorbern verwendet werden, müssen systematische Entwurfs- und Analyseverfahren, die direkt geometrische Größen optimieren und alle Fertigungsmöglichkeit-en voll ausschöpfen, erst noch entwickelt werden. Diese Lücke wird in dieser Dissertation adressiert. Zwei Simulationsmodelle bilden die Grundlage für den numerischen Entwurfs- und Analyseprozess, ein diskretes 3D-CFD-Modell und ein 1D-Kontinuumsmodell. Das neu entwickelte, partitionierte 1D-LTNE-Modell ist speziell für die Simulation von 3D-profilierten Absorberstrukturen geeignet. Außerdem wurden numerische Werkzeuge, die 3D CFD- und Raytracing-Simulationen nutzen, für die Berechnung von effektiven Parametern entworfen und implementiert. Das neue 1D-Modell wurde ausgiebig gegen exp. Daten und andere Modelle validiert. Zwei Optimierungsmethoden wurden implementiert, die zusammen mit dem 1D-Modell und den Werkzeugen zur Berechnung der eff. Parameter den neuen Entwurfsprozess für Absorber bilden. Die Fähigkeiten des neuen Entwurfsprozesses wurden anhand verschiedener Absorberoptimierungen demonstriert. Die neuen 3D-profilierten Absorberdesigns, inkl. der mit den numerischen Modellen optimierten, wurden in zwei exp. Kampagnen im Sonnensimulator Synlight getestet. Hier zeigte sich ihr großes Potenzial mit Wirkungsgraden von über 90% bei 650°C Luftaustrittstemperatur. Weiterhin wurde eine neue numerische Methodik für die Analyse der Strömungsstabilität von vol. Absorbern entwickelt. Als inhärentes Risiko poröser Absorberstrukturen zeigten die durchgeführten Untersuchungen, dass Strömungsinstabilitäten in 3D-profilierten Absorbern auftreten können und eine Stabilitätsanalyse Teil des Designprozesses für neue Absorber sein muss. Das Ergebnis dieser Arbeit sind systematische Werkzeuge für die simulationsgestützte Auslegung und Analyse von 3D-profilierten volumetrischen Absorberstrukturen für Solarturmkraftwerke. Das aufgezeigte Potenzial von 3D-profilierten Absorberstrukturen wird helfen die Entwicklung von Solarturmkraftwerken mit offenen volumetrischen Receivern voranzutreiben. |l ger |
| 520 | _ | _ | |a The ongoing, global energy transition towards renewable energy generation is expected to rely on multiple, diverse energy technologies in order to be successful. Utilizing sun light to generate electricity, concentrated solar power plants and solar tower plants with open volumetric receivers in particular are one promising technology option under consideration. The key component of open volumetric receivers are porous absorber structures responsible for the absorption of the solar irradiation. Over the last decades, research of porous absorber structures has consistently shown that 3D-shaped absorber designs, where the absorber geometry varies purposefully along the main air flow direction, offer the largest potential w.r.t. high thermal efficiencies. The realization of such designs is now made possible by newer manufacturing techniques. Most notably, 3D printing technologies allow absorber architectures to be designed with an accuracy in the sub-millimeter range. While numerical simulation models are often used to evaluate absorber geometries, systematic design and analysis processes which directly optimize geometrical features and take full advantage of all manufacturing possibilities have yet to be developed. These shortcomings are addressed by this dissertation. Two simulation models form the foundation for the numerical design and analysis process, a discrete 3D CFD model and an 1D continuum model. The newly derived, partitioned 1D LTNE continuum model is specifically suited for the simulation of 3D-shaped porous absorber structures. For the calculation of effective parameters, auxiliary numerical tools, which rely on three-dimensional CFD and raytracing simulations, were designed and implemented. The new 1D model was extensively validated against experimental data and other simulation models. Two alternative optimization methods were implemented, they form the new absorber design process together with the 1D model and the effective parameter calculation tools. The capabilities of the new design process were demonstrated via various absorber optimizations. The new 3D-shaped absorber designs, including those optimized with the numerical models, were tested in two experimental campaigns in the high-flux solar simulator facility Synlight. Here, their great potential was showcased with efficiency results above ninety percent at 650°C air exit temperature. A new numerical methodology for the analysis of the potential for flow instability of volumetric absorbers, which utilizes both simulation models, was developed. An inherent risk of porous absorber structures, the conducted investigations showed that flow instabilities can occur in 3D-shaped absorbers and that a flow stability analysis has to be part of the design process for new absorbers. The result of this dissertation are systematic tools for the simulation-based design and analysis of 3D-shaped volumetric absorber structures for solar tower power plants. The demonstrated potential of 3D-shaped absorber structures will aid in advancing the development of solar tower power plants with open volumetric receivers. |l eng |
| 588 | _ | _ | |a Dataset connected to Lobid/HBZ |
| 591 | _ | _ | |a Germany |
| 653 | _ | 7 | |a CFD |
| 653 | _ | 7 | |a CSP |
| 653 | _ | 7 | |a numerical optimization |
| 653 | _ | 7 | |a porous absorbers |
| 700 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)IDM05692 |a Hoffschmidt, Bernhard Franz |b 1 |e Thesis advisor |u rwth |
| 700 | 1 | _ | |0 P:(DE-82)IDM00362 |a Kneer, Reinhold |b 2 |e Thesis advisor |u rwth |
| 856 | 4 | _ | |u https://publications.rwth-aachen.de/record/988977/files/988977.pdf |y OpenAccess |
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| 910 | 1 | _ | |0 I:(DE-588b)36225-6 |6 P:(DE-588)1338426729 |a RWTH Aachen |b 0 |k RWTH |
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