Numerical study of receiver configuration effect on the performance of a parabolic solar collector

In this paper, a numerical study of the radiation flux and temperature distribution of a parabolic dish receiver is carried out. The SOLTRACE code is used to predict the radiation flux distribution and the FLUENT software is used to study the temperature distribution. In a first step, the concentrated solar heat flux distribution is calculated using the SOLTRACE software The calculated heat flux distribution obtained is then used as wall heat flux boundary conditions for the receiver. In a second step of this study, the receiver’s thermal performance is optimized by a simulation using the commercial CFD code FLUENT. Different receiver configurations are studied in order to define the optimal configuration to obtain the best performance. The first is a cylindrical receiver with a tangential inlet located at the bottom and a normal concentric outlet located at its upper surface and the second is a spiral absorber of 19 turns with an inlet across its periphery and an outlet across the central spiral. The effect of the different inlet-outlet positions of the working fluid is carried out. Two positions are studied: the first position is characterized by an inlet through the periphery and an outlet through the central spiral and the second by an inlet through the central spiral and an outlet through the periphery. The thermal analysis has proven that the 19-turn spiral tube with an inlet through the periphery and an outlet through the central spiral is the best configuration that improves the efficiency of the solar receiver and the overall performance of the solar dish.

Dans cet article, une étude numérique du flux de rayonnement et de la distribution de température d’un récepteur parabolique est réalisée. Le code SOLTRACE est utilisé pour prédire la distribution du flux de rayonnement et le logiciel FLUENT est utilisé pour étudier la distribution de la température. Dans un premier temps, la répartition du flux solaire concentré est calculée à l’aide du logiciel SOLTRACE La distribution de flux de chaleur calculée obtenue est ensuite utilisée comme conditions aux limites de flux de chaleur de paroi pour le récepteur. Dans une deuxième étape de cette étude, les performances thermiques du récepteur sont optimisées par une simulation utilisant le code CFD commercial FLUENT. Différentes configurations de récepteurs sont étudiées afin de définir la configuration optimale pour obtenir les meilleures performances. Le premier est un récepteur cylindrique avec une entrée tangentielle située au fond et une sortie concentrique normale située à sa surface supérieure et le second est un absorbeur en spirale de 19 spires avec une entrée sur sa périphérie et une sortie sur la spirale centrale. L’effet des différentes positions d’entrée-sortie du fluide de travail est réalisé. Deux positions sont étudiées : la première position est caractérisée par une entrée par la périphérie et une sortie par la spirale centrale et la seconde par une entrée par la spirale centrale et une sortie par la périphérie. L’analyse thermique a prouvé que le tube spiralé à 19 spires avec une entrée par la périphérie et une sortie par la spirale centrale est la meilleure configuration qui améliore l’efficacité du récepteur solaire et les performances globales de la parabole solaire.

Parabolic dish Solar energy Receiver configurations Inlet-outlet positions Temperature distribution

Concentrateur solaire parabolique Énergie solaire configurations de récepteur Positions d’entrée-sortie Répartition de la température