Numerische Modellierung der Strömung in einem Aufwindkraftwerk

Das Aufwindkraftwerk ist eine thermofluiddynamische Maschine zur Erzeugung von Elektroenergie aus Sonnenenergie. Das Aufwindkraftwerk nutzt das Treibhausprinzip und den Kaminsog aus, um mit solar erhitzter Luft eine oder mehrere Turbinen zu betreiben. Es werden Ergebnisse vorgestellt, um die Wirkungsweise dieser Strömungsmaschine besser beschreiben zu können. Die Druckentnahme an der Turbine und der Massenstrom haben einen entscheidenden Einfluß auf den Wirkungsgrad dieser Maschine. Nur durch Kopplung aller Teilgebiete eines Aufwindkraftwerkes kann der Wirkungsgrad beschrieben werden. Hierzu zählen unter anderen der Kollektor, der Erdboden, die Turbine und der Kamin. Die Grundlage für die Lösung der Differentialgleichungen der Thermofluiddynamik stellt das numerische Simulationsprogramm FLUENT dar. Die Strömung wurde berechnet unter der Annahme einer kompressiblen, reibungsbehafteten (Standard k-epsilon Turbulenzmodell), stationären und rotationssymmetrischen Basisströmung. Modellentwicklungen und Parameterstudien entstanden mit diesem Programm. Die Verteilungen von Druck, Temperatur, Geschwindigkeit und Dichte für den stationären Zustand liefern ein besseres Verständnis für die komplexen physikalischen Vorgänge im Aufwindkraftwerk. Aufbauend auf diesen können nun zeitabhängige Simulationen an Klein- und Großkraftwerken durchgeführt werden.