Turbulenzmodelle zur Simulation der konvektiven Verluste solarer Strahlungsempfänger

Das Institut für Solarforschung des DLR forscht an vier verschiedenen Standorten in Deutschland und Südspanien an der technischen und wirtschaftlichen Optimierung solarthermischer Energiegewinnung. Die Forschungs- und Entwicklungstätigkeiten sind stets anwendungsbezogen und industrienah. Das Institut für Solarforschung hat den Anspruch national wie international an der Spitze der Solarforschung zu stehen.
In unserer Abteilung Punktfokussierende Systeme werden Solarturm-Kraftwerke weiterentwickelt. In solchen Kraftwerken wird das Sonnenlicht von einer Vielzahl von Heliostaten auf einen Strahlungsempfänger konzentriert. Der Strahlungsempfänger, auch Receiver genannt, ist auf einem Turm angebracht und besitzt die Aufgabe die konzentrierte Solarleistung einem konventionellen Kraftwerksprozess zur Stromerzeugung zur Verfügung zu stellen. Die Effizienz des Receivers ist entscheidend für die Gesamtwirkungsgrad eines Turmkraftwerks. Die dort auftretenden Verluste sind Abstrahlungs- und Konvektionsverluste.

Im Rahmen dieser Master- oder Diplomarbeit sollen verschiedene aus der Literatur vorhandene Turbulenzmodelle für die Simulation der konvektiven Verluste verglichen werden. Die am Receiver vorliegenden hohen Temperaturen haben meist turbulente, rein Auftrieb getriebene Strömungen zur Folge. Liegen auf Höhe des Strahlungsempfängers Winde vor, kommt es zur Mischkonvektion aus Wind-Strömung und natürlicher Konvektion. Ziel ist es, bestehende Turbulenzmodelle in der Open Source Software OpenFOAM für die Vorhersage der konvektiven Verluste an solaren Strahlungsempfängern zu beurteilen. Weiterhin soll eine Empfehlung für ein erweitertes Turbulenzmodell abgeleitet und die ersten Schritte für eine Implementierung erarbeitet werden. Als erweiterte Turbulenzmodelle kommen hier Schließungsansätze für die Transportgleichung der Reynolds-Spannungen und solche, die auf dem Gradienten-Fluss-Ansatz nach Boussinesq beruhen in Frage.

Geplante Schritte:
• Einarbeitung in die Thematik und das CFD-Tool OpenFOAM
• Erstellung der numerischen Netze für einen Referenzfall
• Vergleich bestehender Turbulenzmodelle aus OpenFOAM für einen Referenzfall
• Literaturrecherche aktueller Turbulenzmodelle für komplexe Auftrieb getriebene Strömungen
• Empfehlung für erweitertes Turbulenzmodell ableiten
• Implementierung in OpenFOAM
•Dokumentation der Ergebnisse in schriftlicher Form

Weitere Informationen

Unternehmen

Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e. V.

Bereich/Abteilung

DLR-Institut für Solarforschung

Abschlussart

Masterarbeit / Diplomarbeit

Branche

Luft und Raumfahrt

Anforderungen

•laufendes Studium Maschinenbau, Physik, Computational Engineering Science oder verwandte Studiengänge
•Erfahrung mit numerischer Strömungsmechanik
•Simulationserfahrung mit CFD-Tools, idealerweise OpenFOAM
•Kenntnisse auf dem Gebiet der Turbulenzmodellierung
•Vorkenntnisse in Solartechnik und HPC wünschenswert
•Eigeninitiative und Freude am selbstständigen Arbeiten

Zusatzinformationen

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