Development of a cfd-aided model for soiling prediction on heliostats for a solar tower power plant

This work performs a computational fluid dynamics (CFD) simulation to investigate the air flow and dust deposition behavior on a flat mirror for a solar tower power plant using ANSYS Fluent R-2022. The SST k-omega model has been chosen as the turbulence model and the discrete phase model (DPM) rules the particle motion. A section in the research has been dedicated only to the development of the Atmospheric Boundary Layer (ABL) model, employed as the incoming wind velocity, investigating the deposition velocity of the particles hitting the ground. Later, a 2D steady state simulation with an inclined flat mirror has been conducted to evaluate the loss of reflectance in a day, implementing the aerosol size distribution in ANSYS Fluent. The numerical results are validated with a physical dry deposition model, which makes predictions of the deposition of airborne dust onto the surface of solar collectors and the subsequent loss of performance.

Questa ricerca consiste in una simulazione CFD (computational fluid dynamics) atta ad analizzare il campo di moto e la deposizione di polvere su uno specchio piano per un impianto di potenza a torre solare, utilizzando il sofwtare ANSYS Fluent R-2022. Il modello SST k-omega è stato scelto come modello di turbolenza, mentre il modello DP (discrete phase) governa il moto delle particelle. Il modello di strato limite atmosferico è stato utilizzato per rappresentare il vento, una delle sezioni è stata dedicata all'analisi di quest'ultimo, investigando la velocità di deposizione delle particelli incidenti sul suolo. Una simulazione stazionaria 2D con uno specchio piano inclinato è stata condotta per valutare la perdita di riflettanza in un giorno, implementando la distribuzione di aerosol in aria con ANSYS Fluent. I risultati numerici sono validati con un modello analitico, che fa delle previsioni sulla deposizione di particelle sulle superfici di collettori solari e la loro conseguente perdita di prestazioni.