Numerical analysis of entropy generation in a non-uniformly heated tube

In solar applications the tubes of the receiver are irradiated only from one side being the other one practically insulated. State of the art heat transfer fluids are thermal oils and molten salts, while recently also liquid metals have been also considered. One method of optimization of a solar tube heat exchanger is by using entropy minimization. A semi- empirical solution exists for the case of uniformly heated tube but not for more complex boundary conditions, as a strongly inhomogeneous wall heat flux. In this thesis OpenFOAM is used to perform Reynolds-Averaged-Navier-Stokes (RANS) simulations of forced convection to air and liquid metals flowing in a non-uniformly heated tube. The main objective is to numerically analyze entropy generation due to heat transfer and fluid flow for this geometry and boundary condition.

Nelle applicazioni solari i tubi del ricevitore sono irradiati solo da un lato l'altro praticamente isolato. I fl uidi allo stato dell'arte sono oli termici e sali fusi, mentre recentemente sono stati considerati anche i metalli liquidi. Un metodo di l'ottimizzazione di uno scambiatore di calore a tubi solari avviene mediante minimizzazione dell'entropia. Una semi esiste una soluzione empirica per il caso di un tubo riscaldato uniformemente ma non per un sistema più complesso condizioni al contorno, come un flusso di calore della parete fortemente disomogeneo. In questa tesi OpenFOAM viene utilizzato per eseguire simulazioni Reynolds-Averaged-Navier-Stokes (RANS) di forzato convezione per aria e metalli liquidi che fluiscono in un tubo non uniformemente riscaldato. Il principale l'obiettivo è analizzare numericamente la generazione di entropia dovuta al trasferimento di calore e al flusso di liquido per questa geometria e condizione al contorno.