Impuls- und Energietransport in solarthermischen Systemen - Thermische Solarenergie: Grundlagen, Technologie, Anwendungen - page 323

Abb. 5.18 Schemaskizze
eines wassergekühlten
Flachkollektors; generiertes
Gitter für die Strömungs-
simulation in den Sammler
(unten links) und berech-
nete Isotachen der mittleren
Geschwindigkeit u 0 aus
Zörner ( 2010 )
Die wesentliche Aufgabe der lokalen rechnerischen Strömungs- und Energietransfer-
simulationen ist die Identifikation
• lokaler kritischer Positionen, in denen Heiß- oder Kaltstellen auftreten, da sie einer be-
sonderen thermischen Belastung ausgesetzt sind oder die begrenzenden Materialtem-
peraturen einzelner Komponenten innerhalb des Kollektors (Absorber, Dichtungen,
Folien, Verschraubungen, etc…) überschreiten;
• eventueller Wärmebrücken, die zu einer Senkung des effektiven Wirkungsgrades des
Kollektors führen;
• des lokalen eventuell zeitabhängigen Temperaturanstiegs innerhalb des Kollektorkas-
tens oder die Ausbildung einer auftriebsbehafteten Konvektion in Kollektoren mit Luft-
oder Gasfüllung;
• der Strömungsverteilung in den Unterkanälen.
Zur Illustration der Vielzahl von Kollektorströmungssimulationen werden zwei Beispiele
kurz skizziert. Das in der Abb. 5.18 aufgeführte Beispiel zeigt eine Strömungsrechnung für
den Einlauf der Einzelkanäle eines Wasserflachkollektors in das zentrale Sammlerrohr. Mit
Hilfe eines Gittergenerators wird ein geometrieangepasstes Gitter so konstruiert, dass die
Maschenreynolds-Zahl keine allzu großen Werte annimmt, um noch lokale Effekte wie
potenzielle Rezirkulationen zu erfassen. Ziel der Strömungssimulation ist es, durch ein
geeignetes Design der Einkanalzuläufe in den Sammler eine möglichst gleiche Durchsatz-
verteilung in jedem Unterkanal des Kollektors bei simultan kleinen Druckverlusten über
einen möglichst großen Volumenstrombereich zu erreichen. Ein typisches Ergebnis der
mittleren Strömungsverteilung zeigt die Abb. 5.18 (rechts unten), in der die Isotachen des
Strömungsfeldes dargestellt sind.
Das zweite Beispiel zeigt ebenfalls einen mit Wasser betriebenen solaren Flachkollek-
tor, dessen Kollektorkasten mit Luft gefüllt ist. Die beiden oberen Isothermenbilder in