Die Solarthermie gilt als eines der Mittel, die Stromerzeugung dauerhaft von fossilen Energieträgern zu lösen. Eine bereits im kommerziellen Betrieb eingesetzte Technik stellen dabei Kraftwerke nach dem Parabolrinnenprinzip dar. Da der Ort der Absorption an der Außenfläche des Absorberrohres liegt, entstehen prinzipielle Verluste, die die Effizienz eines solchen solarthermischen Systems beschränken. In dieser Arbeit wird daher ein alternatives Konzept untersucht, in dem die Strahlung volumetrisch im Wärmeträgermedium absorbiert wird. So kann die Außentemperatur des Absorbers, die für die thermischen Verluste maßgeblich ist, reduziert werden. Als Absorptions- und Wärmeträgermedium sollen Nanofluide, also Flüssigkeiten mit darin dispergierten, nanoskaligen Partikeln, zum Einsatz kommen.
Die vorliegende Untersuchung geht zunächst auf die Besonderheiten von Nanofluiden ein. Auf Basis der Mie-Theorie wird ein Rechenmodell entwickelt und experimentell validiert, das schließlich die Simulation von Strahlungs- und Temperaturfeldern im Absorber ermöglicht. Im Anschluss wird die für einen thermodynamischen Kreisprozess wichtige Verdampfung von Nanofluiden diskutiert. Schließlich wird der Blick auf eine systemische Betrachtung erweitert. So wird gezeigt, dass für Nanofluide eine neuartige Prozessgestaltung sinnvoll ist, die weitere Vorteile hinsichtlich der Prozessdynamik mit sich bringen kann.
Aktualisiert: 2019-11-07
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Die dynamische Laser-Mikroperforation kann zur Herstellung von Mikrosieben aus Edelstahl eingesetzt werden. Zu diesem Zweck wird in der vorliegenden Arbeit ein single mode Faserlaser verwendet. Durch die beugungsbegrenzte Strahlqualität und die im Vergleich mit single-mode Nd:YAG-Lasern hohe Ausgangsleistung kann eine große Abtragsgeschwindigkeit erzielt werden. Die Wechselwirkung zwischen der hochbrillanten Laserstrahlung und dem bearbeiteten Edelstahl wird anhand der experimentell ermittelten und numerisch modellierten Abtragsgeschwindigkeit erforscht. Im numerischen Modellierungsansatz werden verschiedene Kombinationen von einzelnen Verlustmechanismen betrachtet, bspw. Mie-Streuung, Inverse Bremsstrahlung und Reflexion. Durch den Vergleich der verschiedenen berechneten und experimentell ermittelten Abtragsgeschwindigkeiten wird gezeigt, dass Mie-Streuung unter den betrachteten experimentellen Randbedingungen den größten Verlustmechanismus darstellt. Trotz dieser Verluste können bei der dynamischen Laser-Mikroperforation mit single -mode Faserlasern Perforationsraten von mehr als 50 000 Bohrungen pro Sekunde
erzielt werden.
Aktualisiert: 2020-02-17
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