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          我们可以利用太阳光过热流体产生的清洁能源?

          机械工程师阿里Mani是使用计算机模拟来吸热粒子的运动模型在空气中,以改善太阳能热电厂的效率。

          understanding energy transfer

          研究人员正在开发热的提取方法,使太阳能热电厂,更可行。 |插图由Stefani的帐单

          使用过的放大镜将太阳光聚焦在你手上?

          增加,这加热一百万倍,你理解一个太阳能热电站的概念:反射镜的巨型字段,聚焦太阳光在填充有水,空气或其它载热流体的黑色金属室。聚集的太阳光通过室壁吸收,然后通过流体进行的,使得它非常热。这个概念可以有多种用途,包括作为化工厂反应堆或太阳光转化为电能的巨型电站。

          到目前为止,然而,太阳能热电厂的能量输出是令人失望的。责怪茶壶作用:茶叶制作水时,最热的区域是火焰达到了水壶的外墙。但什么工作在厨房不够好,是在大规模的应用,如太阳能热电站的一个问题,因为大约一半的太阳能流失到环境中,而不是被转化为可利用的能量。

          阿里·马尼,机械工程助理教授,是做计算机模拟测试的内容可以是使用集中太阳光作为热源的更有效的方式。而不是集中在黑色室的阳光,他的实验室模拟,如果集中光被横梁成透明舱室或茶壶,继续比喻会发生什么。在理论上,通过的光通过透明的腔室的光子将与内部的流体分子碰撞,从内的能量损失少显著加热流体。

          这透视设计,在美国推出年前由研究员能源部提出了挑战。因为工作流体在此情况下空气是常常为透明的,因为腔室的外部,许多光子拉链通过该系统不具有热交换碰撞。

          加大对热类接触的可能性,摩尼和他的团队已经模拟不同的方法来使空气混浊和更多的热量吸收。在他们的计算机模型,他们测试用于通过所述腔室的散射小的固体颗粒,以提供空气柱内吸收斑点的各种策略。实际上,他们是打破旧的黑色室壁到数以百万计的小块,把它们的位置旁边传热实际上是意在空气分子。

          这些微小粒子是难以控制的。考虑灰尘由阳光回旋看似不可预测的模式的射线照射。在流体力学mani的领域这样混乱的运动称为湍流。他的团队正在开发的计算机模型有一天操纵加热室内的动荡,使整个系统的排热效率更高。

          模拟数百万粒子

          在一个完美的系统,空气将通过透明室快速移动。吸进空气的固体颗粒将均匀分布,创造能源的很少或没有损失加热空气的整列的潜力。但在实验测试和实验室模拟迄今颗粒并没有均匀地分散进行,也没有统一的空气热量。计算机模型正在帮助研究人员理解为什么。

          作为颗粒填充空气流过腔室,所述颗粒趋向于簇,通过腔室形成较热的空气中的蛇的暗,起伏的手指。相比之下,光子拉链通过更清晰,无颗粒的空气,而使这些区域冷却器。一些区域是太热,有些是太冷了,整体多的光能量或者不被吸收或者由热区再次重新辐射出去的。 “这几乎就像我们又回到了起点,说:”玛尼。

          理解和抵消该粒子集聚效应,Mani和他的团队已经结合了三个描述成一个极大的相计算模型的流体流动,粒子运动和传热复杂的公式。仿真允许他们调查的空气有多快流经室。它们可以模拟引入不同尺寸的颗粒的进入流。他们可以观察到,当颗粒簇升温速率不同周围的空气会发生什么。与此许多变数模拟颠簸起来反对计算知识的限制。

          “在时间和空间的每一个实例每一点,你需要知道发生了什么,说:”玛尼。

          到目前为止,mani的团队只模仿小系统,但已经是模拟点向解决方案。例如,研究人员模拟了不同大小的颗粒系带的空气。就像羽毛的鸟在一起,这样做同样大小的颗粒易于聚集在一起。该模型还表明,具有不同大小的颗粒播种室可能是使用的湍流,以提高整体散热提取的一种方式。

          与这些和其他修复,研究人员希望能够迫使颗粒混合更均匀,达到帮助均匀的空气柱以最小的能量损失加热的目的。在未来几年,mani的团队和他的同事们将上演一场大型的模拟与数十亿粒子的能量超级计算机的一个部门。 “这就像在一块黑暗的室内照明片大象,说:”玛尼。 “在一天结束时,你会发现最重要的事情,然后它不是那么复杂了。”

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