Numerische und analytische Untersuchungen zum Strömungsverhalten im Aufwindkraftwerk

Das Aufwindkraftwerk ist eine thermo- hydrodynamische Maschine zur Elektroenergiegewinnung, bestehend aus einem Treibhaus, einem Kamin und einer oder mehreren Turbinen. In dieser Studie wurden numerische Ergebnisse zum thermischen Strömungsverhalten in einem Aufwindkraftwerk unter der Berücksichtigung der Teilmodelle Erdboden, Kollektor, Atmosphäre, Umlenkung, Kamin und Turbine erhaltenden. Hierzu wurden die stationären Grundgleichungen der Thermofluiddynamik auf strukturierten, körperangepassten und rotationssymmetrischen Gittern unter Beachtung aller Rand- und Kopplungsbedingungen numerisch mit dem finite Volumenverfahren gelöst. Besonderes Augenmerk wurde dabei auf die Kalibrierung des Modells im Ruhezustand, auf die numerische Simulation, auf den Einfluss der Strahlung, auf die Betrachtung der Turbine, auf das Dichtemodell sowie auf den turbulenten Strömungszustand gelegt. Die erhaltenen Ergebnisse werden durch Approximationen 2. Ordnung, Gitterunabhängigkeit und durch einen sehr geringen Abbruchfehler charakterisiert. Für 4 verschiedene Einstrahlungen wurden die Verläufe von Temperatur und Geschwindigkeit im Aufwindkraftwerk erhalten. Zusätzlich sind für Vergleichszwecke der Massenstrom, der Temperaturhub, die Leistung an der Turbine und der Wirkungsgrad der Anlage bestimmt wurden. Aufbauend auf den Berechnungen in dieser Arbeit und den numerischen und analytischen Berechnungen in [1] können nun erweiterte Parameterstudien und instationäre Simulationen zum Aufwindkraftwerk durchgeführt werden