УДК 519.876.5
В. С. З а р у б и н, Г. Н. К у в ы р к и н,
В. В. Л е о н о в
МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ
СИСТЕМЫ КОНЦЕНТРАТОР–ПРИЕМНИК
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ СОЛНЕЧНОЙ
ЭНЕРГОУСТАНОВКИ КОСМИЧЕСКОГО
НАЗНАЧЕНИЯ
Рассмотрена математическая модель, позволяющая опреде-
лять радиационные и энергетические характеристики системы
концентратор–приемник. Основное внимание уделено моделирова-
нию радиационного теплообмена с применением методов Монте-
Карло и учетом дефектов отражающей поверхности. Особый ин-
терес это представляет при проектировании зеркальных концен-
трирующих систем и приемников для высокотемпературных сол-
нечных энергоустановок как наземного, так и космического бази-
рования.
E-mail:
Ключевые слова
:
солнечная энергетика, зеркальные концентрирующие
системы, радиационный теплообмен, математическое моделирование,
методы Монте-Карло.
Солнечная энергетика и связанные с ней теория проектирования и раз-
работки, создание солнечных энергоустановок (СЭУ) начали активно разви-
ваться с конца 60-х годов прошлого века с запуском первых спутников и
началом космической эры. В последние годы солнечная энергетика является
одной из наиболее динамически развивающихся отраслей промышленности.
Если в конце 2009 г. ее доля в структуре мирового производства электроэнер-
гии составляла около 1% [1], то к середине XXI в., по прогнозам экспертов
Международного энергетического агентства (IEA) [1], при сохранении со-
временной динамики развития она может достигнуть 25%. В космосе более
98% космических аппаратов используют низкотемпературные СЭУ, работаю-
щие с применением фотоэлектрических преобразователей. Разработка новых
проектов по созданию космических солнечных электростанций, космических
аппаратов с применением солнечных и электрореактивных ракетных двига-
телей, систем для освещения приполярных областей, энергосистем для кос-
мических станций и баз как на орбите, так и на поверхности других планет
требует разработки и создания СЭУ большей мощности [2, 3]. Как показыва-
ет опыт эксплуатации СЭУ [1, 3, 4] в основном солнечных электростанций,
для создания систем большой мощности наиболее эффективно использова-
ние высокотемпературных СЭУ (ВТСЭУ) с применением высокопотенци-
альных концентраторов солнечной энергии (параболических, сферических,
параболоцилиндрических) или зеркальных концентрирующих систем (ЗКС),
позволяющих значительно повысить плотность солнечной энергии в рабочей
зоне.
При решении задач, связанных с проектированием ЗКС и приемников
солнечной энергии, совместно образующих систему концентратор–приемник
(СКП), в первую очередь интересны энергетические характеристики сконцен-
трированного излучения [3, 5]: распределение тепловых потоков и темпера-
тур по поверхности элементов СКП.
82 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2011. № 1
