Topology optimization of solar thermal receiver for converting carbon dioxide into fuel

将二氧化碳转化为燃料的太阳能集热器的拓扑优化

• 批准号: 22KF0117
• 负责人: 長谷川 洋介
• 金额: $ 1.54万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2023
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2023-03-08 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0117/
• 关键词: 太陽集熱器; ふく射-熱伝達-熱伝導連成解析; 境界埋め込み法; 形状最適化

本研究では、太陽光を集熱し、得られる高温環境下において炭酸ガスを熱化学分解することにより、水素や炭化水素などの燃料生成を目的としている。その総合効率向上において、太陽集熱器の 高効率化が鍵である。通常、集熱器には多孔質材料が用いられており、内部のふく射、熱伝導、対流熱伝達を考慮した多孔質形状の最適化が求められる。 本研究では、境界埋め込み法に基づく、ふく射、熱伝導、対流熱伝達の連成解析コードを開発し、さらに随伴解析を用いて形状最適化を行うフレームワークを提案する。得られた最適形状を試作し、受入研究室における熱交換器評価用風洞実験、および新潟大学が管理するソーラーシミュレーター実験装置において、その伝熱・集熱効率を実験的に実証する。令和4年度は、太陽集熱器多孔質内部の流れ場、温度場、ふく射の連成解析のために、デカルト座標系に複雑形状を埋め込み、流れと伝熱を統一的に扱うためのアルゴリズムを開発し、これのコード化および検証を完了した。

In this study, carbon dioxide, carbon acid, chemical decomposition, carbonized water, carbon fuel and fuel were obtained in the high temperature environment. The combination rate is higher and higher than that of the collector. In general, the collector's porous material is used to optimize the shape of porous materials, such as injection, internal injection, guidance, and flow. In this study, the boundary method is based on the basic theory, radiation, guidance, and flow analysis, which is connected to the analysis system, and the analysis is accompanied by the analysis of the most efficient shape of the system. You will be accepted into the research room, and you will be accepted into the research lab. You will be able to use the holes, the new university to manage the equipment, and the collection rate to improve the efficiency. In 2004, the internal flow field, temperature field and radiation field of the multi-hole collector are connected into an analytical device, and the standard of the cable seat is a copy of the shape. The system is in one system.

项目成果

Adjoint-based shape optimization for radiative transfer using level-set function and volume penalization method

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2023.124158
• 发表时间: 2023
• 期刊: International Journal of Heat and Mass Transfer
• 影响因子: 5.2
• 作者: Ming Liu;Y. Hasegawa

Volume penalization method for solving coupled radiative-conductive heat transfer problems in complex geometries

求解复杂几何形状中辐射-传导耦合传热问题的体积惩罚方法

• DOI: 10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123499
• 发表时间: 2023
• 期刊: Internatilonal Journal of Heat and Mass Transfer
• 作者: Liu;M.;Hasegawa;Y.
• 通讯作者: Y.

境界埋め込み法とレベルセット法に基づく複雑形状におけるふく射伝達シミュレーション

基于边界嵌入法和水平集法的复杂形状辐射传输仿真

• 发表时间: 2022
• 作者: Ming LIU;長谷川洋介
• 通讯作者: 長谷川洋介