Development of large-scale simulation and optimized design of porous receiver for high efficiency solar fuel production

开发用于高效太阳能燃料生产的多孔接收器的大规模模拟和优化设计

• 批准号: 22K14191
• 负责人: 中倉 満帆
• 金额: $ 3万
• 依托单位: Niigata University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Early-Career Scientists
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22K14191/
• 关键词: 多孔質; 多孔体; 集光型太陽熱; 太陽熱燃料化; ソーラーレシーバ; 熱輻射; 強制対流; 最適設計; 伝熱; 数値シミュレーション

本研究では、集光型太陽熱利用で用いられる多孔質ソーラーレシーバを対象に、多孔質構造部で起こる熱輻射-熱伝導-対流熱伝達が複合した高温(1400-1600℃程度)伝熱現象について研究を行う。これまで構築した熱流体数値シミュレーション手法を基に、形状最適化の手法を導入し実験的な検証を行うことで、高効率高温型シーラーレシーバの設計ツールを完成させることを目的とする。レシーバにおけるミクロ-マクロスケール伝熱現象の相互作用の解明に向けて、これまでに構築してきた多孔質レシーバでの熱輻射-熱伝導-対流熱伝達連成数値シミュレーションを利用し、集光照射とは別に外部構造体からの熱輻射(以下外来照射と呼ぶ)が多孔質部での伝熱現象やエネルギーバランスに与える影響を調査した。これにより、レシーバ出口側に強制対流や熱放射で運ばれたエネルギーの一部から外来照射としてレシーバへ戻ってくることを明らかにした。また、熱媒である空気の質量流束が小さいケースでは、外来照射によってレシーバでの光熱変換効率を理論効率よりも過大評価してしまう問題も明らかとした。また、ラボスケールで使用されている多孔質レシーバ/リアクタについて、その全体を対象とした熱流動と熱輻射の数値シミュレーション法開発、また内部流れ可視化用実験装置の構築を行った。熱流動シミュレーションでは多孔質体のCTスキャン画像から3次元構造を再構築し、実際の多孔質レシーバ/リアクタ内起こる熱流動現象を解析出来るようになった。また、ラボスケール多孔質レシーバ/リアクタの同サイズ・同形状の可視化実験装置を構築し、内部に実在多孔質を入れることで数値シミュレーションの結果と比較を行った。熱輻射に関しては、モンテカルロ光線追跡によって、多孔質レシーバ/リアクタ内での吸収量や熱流束の分布を明らかとした。

In this study, the light collecting system is used to study the high temperature (1400-1600 ℃) of the high temperature (1400-1600 ℃). The number of fluids, the number of fluids, the number of fluids, In the first place, we know that the interaction is the best way to understand the interaction. in this way, we know that the interaction between the two parts of the body is similar to that of the interaction. in this way, we can understand the interaction between the two parts of the body. The collection of light is used to illuminate the external structure (the following external exposure is called). The porous part is full of light, which is different from the external structure. In the first place, the exits were forced to radiate the radiation, the external exposure, the radiation, the exposure, the radiation, the radiation. The system, the media system, the air volume stream, the external radiation system, the light emission rate, the radiation rate, the temperature, the temperature, the temperature, In the system, the multi-hole system is used in the system, and the whole system is used in the system, and the internal flow is available in the system. The flow image of the porous body, the CT system, the portrait of the porous body, the image of the porous In the same shape, the device can be changed, and the internal device can be used in the porous environment. The results are compared. In this paper, the light beam is used to trace the light beam, the absorption capacity and the distribution of the flow beam in the light beam.

项目成果

ふく射加熱を受ける多孔質体の熱流動解析

辐射加热多孔材料的热流体分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 向中野 涼;甲斐 拓弥;中倉 満帆;松原 幸治
• 通讯作者: 松原 幸治

多孔質体の定常熱流動解析

多孔材料的稳态热水力分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 浮須 景;松原 幸治;中倉 満帆
• 通讯作者: 中倉 満帆

光照射を受ける多孔性格子流路のモンテカルロ光学解析

受光照射的多孔晶格通道的蒙特卡罗光学分析

• 发表时间: 2023
• 作者: 甲斐 拓弥;Khai Yi Kuan;中倉 満帆;松原 幸治
• 通讯作者: 松原 幸治

集光照射を受けるボリュメトリックソーラーレシーバの非定常伝熱解析

聚焦辐照下体积太阳能接收器的非稳态传热分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 高橋 亮太;中倉 満帆;松原 幸治
• 通讯作者: 松原 幸治

Conjugate radiation-convection-conduction simulation of cubic lattice solar receiver with high porosity for high-temperature heat absorption

高孔隙率高温吸热立方晶格太阳能接收器的辐射-对流-传导共轭模拟

• DOI: 10.1299/jtst.22-00057
• 发表时间: 2022
• 期刊: Journal of Thermal Science and Technology
• 影响因子: 1.2
• 作者: MARUYAMA Hikaru;OCHIAI Akihiro;NAKAKURA Mitsuho;BELLAN Selvan;SEOK CHO Hyun;MATSUBARA Koji
• 通讯作者: MATSUBARA Koji