蜂蜂
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在太阳能生产中，太阳能腔体接收器最大限度地利用从太阳捕获的光，将其转化为热能。然而，高温太阳能接收器往往热量分布不均匀，从而导致热应力。这会导致塑性变形并缩短零件的使用寿命。 为了解决这个问题，沙特阿拉伯阿卜杜拉国王科技大学 （KAUST） 的研究人员设计了一种太阳能腔接收器来改善热量的分布方式。我们感兴趣的是 3D 打印在模型的开发中发挥了至关重要的作用。
目前的腔体接收器设计有垂直管，不允许热量均匀流动。不均匀的热流分布和管壁前后之间的温度梯度会导致热应力。由于气体的导热系数较低，这些问题在燃气太阳能接收器的情况下尤为明显。
当前太阳能接收器的热量分布不均匀。
相比之下，阿卜杜拉国王科技大学团队的模型有一个具有蜂窝状晶格结构的锥形腔接收器——完全是 3D 打印的。与垂直管相反，该装置采用双螺旋换热器，以减少热应力，改善传热和辐射捕获。这种设计增强了光学性能，并有助于辐射到达螺旋管的后部。由于加压空气被集中的阳光加热，热量会在整个设备的内管中移动。同时，蜂窝状晶格结构调节热量分布，降低热应力。
为什么选择 3D 打印？
KAUST 团队使用 DMP（直接金属打印）Flex 350 双激光机，用 Inconel 打印接收器，Inconel 是一种镍高温合金，通常用于极端温度和压力的环境。陶瓷以前曾用于高温太阳热研究，但对于 KAUST 的研究团队来说，Inconel 是一个更具吸引力的选择。在接受 SolarPACES 采访时，其中一位研究人员解释了原因：“与更脆弱的陶瓷相比，金属的优势在于金属可以扩展到大规模应用，”KAUST 博士后研究员 Omar Behar。 “因此，将有可能扩大技术规模并使其商业化。”
新设计采用圆锥形设计和三个晶格区域
在 SolarPACES 的同一篇文章中，Behard 详细阐述了为什么 3D 打印改变了这种设计的游戏规则。 “使用经典技术制造这种网片真的很难，”Behar 说。 “它就像一个蜂窝，一开始很大，然后慢慢缩小。因此，使用经典制造工艺很难进行此设计。做到这一点的唯一方法是用印刷工艺制造它。
打印后，太阳能腔体接收器经过双重老化热处理，以确保接收器耐高温。总而言之，该设计旨在提高太阳能腔体接收器的热、光学和机械性能。结果交付了，并且该设计允许显着改善热量分布。根据 KAUST 团队的报告，“仿真结果表明，接收器在 230 kW/m² 的最大热通量密度下高效运行，对应于 Inconel 718 （1000°C） 的最高工作温度，同时保持约 170 mbar 的低压降。
展望未来，KAUST 团队计划使用 KAUST 的高通量太阳模拟器测试他们的工作，该模拟器的孔径能力为 8000 kWth。
您如何看待 3D 打印太阳能腔体接收器？
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