Análise da transferência de calor na região externa ao combustor em sistemas termofotovoltaicos

Abstract

Resumo: Com a implementação de novas tecnologias, aparelhos portáteis estão sendo desenvolvidos, com isso entende-se que devem ser aplicadas técnicas e alternativas para suprir o abastecimento energético desses equipamentos. Trata-se de uma tarefa complexa, uma vez que os aparelhos estão cada vez menores, o tamanho de suas baterias devem seguir essa proporção. Dentre os dispositivos que buscam atender essa necessidade e se mostraram promissores, pode-se destacar os sistemas micro termofotovoltáicos (MTPV). Esses sistemas apresentam conversão direta de energia térmica em energia elétrica. A energia térmica é gerada devido as altas temperaturas nas paredes dos microcombustores, que por sua vez emitem energia na forma de radiação térmica. Este trabalho tem o intuito de avaliar a transferência da energia térmica emitida na forma de radiação e sua conversão em energia elétrica. Utilizando o software de código aberto OpenFOAM, foram replicadas condições reais de um sistema MTPV com filtro seletor, o que permitiu avaliar e quantificar a radiação emitida pelas paredes do sistema. Os resultados dessa radiação incidente foram obtidos para diferentes condições de contorno, chegando a um valor máximo de 58,77.103 W/m2 variando-se a temperatura e mínimo de 127 W/m2 variando-se o coeficiente de absorção do filtro óptico. Outras duas variações importantes como a distância entre filtro e emissor e a velocidade de escoamento do fluido também foram avaliadas. No caso em que a distância entre as superfícies é modificada, os valores da radiação incidente são bem significativos, alcançando a amplitude de até 6.103 w/m2. Já para as diferentes velocidades, os valores de U=0,05m/s e U=0,25m/s apresentaram melhores resultados, chegando a 45,72.103 w/m2 e 46,32.103 w/m2 respectivamente, de radiação incidente.

Abstract: With the implementation of new technologies, portable devices are being developed, with this it is understood that techniques and alternatives must be applied to supply the energy supply of these equipments. This is a complex task, as devices are getting smaller, the size of their batteries must follow this proportion. Among the devices that seek to meet this need and have shown themselves to be promising, the micro thermophotovoltaic systems (MTPV) can be highlighted. These systems feature direct conversion of thermal energy into electrical energy. Thermal energy is generated due to the high temperatures in the walls of the microcombustors, which in turn emit energy in the form of thermal radiation. This work aims to evaluate the transfer of thermal energy emitted in the form of radiation and its conversion into electrical energy. Using the open source software OpenFOAM, real conditions of an MTPV system with a selector filter were replicated, which allowed evaluating and quantifying the radiation emitted by the walls of the system. The results of this incident radiation were obtained for different boundary conditions, reaching a maximum value of 58.77.103 W/m2, varying the temperature, and a minimum of 127 W/m2, varying the absorption coefficient of the optical filter. Two other important variations such as the distance between filter and emitter and fluid flow velocity were also evaluated. In the case where the distance between the surfaces is modified, the incident radiation values are quite significant, reaching an amplitude of up to 6.103 w/m2. As for the different speeds, the values of U=0.05m/s and U=0.25m/s presented better results, reaching 45.72.103 w/m2 and 46.32.103 w/m2 respectively, of incident radiation.