Masalykin S. Statistical modeling of energy flows in the systems of solar energy concentration

Українська версія

Thesis for the degree of Doctor of Philosophy (PhD)

State registration number

0824U002162

Applicant for

Specialization

  • 113 - Прикладна математика

Specialized Academic Board

ДФ 08.051.087 ID 6100 Масаликін С.С.

Oles Honchar Dnipro National University

Essay

The purpose of the study is development and generalization of models of mathematics and computer modeling of radiative transfer in solar energy systems with concentrators, determination of correlations between geometric and energy parameters of such systems in order to ensuring of maximum efficiency for corresponded conversion cycle, influence on these correlations of errors of concentrator surface and defocusing effect. The Monte Carlo numerical algorithm was developed and the customer software was created for determination of general energy parameters in system of concentration of solar radiation taking into account errors of surface of concentrator and defocusing effect. The numerical algorithm and software are based on generalized mathematical model of process of concentration. The impact of the total errors of surface of real concentrator on heat flux density in its focal area was determined for the first time. Heat flux density values from real concentrator with uniform and normal distribution law of surface errors were compared. The fact of mutual compensation of errors of concentrator surface and defocusing effect was established for the first time. It is founded that real concentrators with insignificant errors and defocusing can be the most energy efficient than mathematical ideal concentrators. The verification of the Monte Carlo numerical data for heat flux density is conducted for the first time using the found analytical solution. The errors of surface are taking into account in analytical solution based on integral probability value. The customer C++ software was created based on developed numerical algorithm. The software is generalized and can use in case of minor correction for analysis of concentrators of any geometry. Moreover, the created software has flexible structure that allows without significant changes to transform its in depend on chosen assumptions and methods of taking into account of errors. The results of presented study can be used during design and operation of modern solar energy plants of different temperature level and purpose with solar concentrators of appropriate geometry. The theoretical and practical provisions have become an integral part of educational subjects “Models and methods of applied mathematics”, “Methods of identification of parameters of mathematical models”, which are taught to students of higher education at the PhD level, specialty 113 Applied Mathematics in Oles Honchar Dnipro National University. Conducted researches and their results make up the corresponding section of initial scientific work “Determinate and stochastic algorithms for computer modeling of objects and processes of different nature” (2022 – 2024, research supervisor Prof. Knysh L.I.) (state registration number: 0122U001467), which is carried out on Department of Computer Technologies, Faculty of Applied Mathematics, DNU.

Research papers

1. Stanislav Masalykin, Lyudmila Knysh, Construction of a mathematical model and approximate analytical solution to the problem of energy exchange in the “Sun – Paraboloid concentrator – heat receiver” system, Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. 2023. №3/8 (123). P. 37 – 45. Режим доступу до ресурсу: https://journals.uran.ua/eejet/article/view/282206 DOI: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.282206 [Scopus, Q3]

2. Масаликін С.С., Книш Л.І. Моделювання енергетичних втрат при розфокусуванні сонячних параболоїдних концентраторів. Відновлювана енергетика. 2022. №2(69). C.26 – 31. Режим доступу до ресурсу: https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/346/266 DOI: https://doi.org/10.36296/1819-8058.2022.2(69).26-31 [Scopus]

3. Масаликін С.С., Книш Л.І. Алгоритм Монте-Карло для розрахунку переносу випромінювання в системі “Сонце – параболоїдний концентратор – теплоприймач”, Проблеми обчислювальної механіки і міцності конструкцій. 2021. Т.33. №1. С.114 – 125. Режим доступу до ресурсу: https://pommk.dp.ua/index.php/journal/article/view/535 DOI: https://doi.org/10.15421/4221010 [фахове видання категорії Б]

4. Книш Л.І., Масаликін С.С. Метод статистичного моделювання для розрахунку задач концентрації сонячного випромінювання. Збірник тез XXIII Міжнародної молодіжної науково-практичної конференції “Людина і космос”, м. Дніпро, 14–16 квітня 2021р. С.75. Режим доступу до ресурсу: https://spacehuman.org/_files/doc/sbornik2021.pdf

5.Масаликін С.С., Книш Л.І. Алгоритм розрахунку променевого переносу в системах концентрації сонячного випромінювання. Тези доповідей XIX Міжнародної науково-практичної конференції “Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем”, м. Дніпро, 17–19 листопада 2021р. C. 134. Режим доступу до ресурсу: http://mpzis.dnu.dp.ua/wp-content/uploads/2021/12/mpzis-2021.pdf

6.Книш Л.І., Масаликін С.С., Юрков Р.С., Борисенко А.Г. Мультифізична математична модель тепломасообміну в системі прийому та акумулювання сонячної енергії, Збірник тез Міжнародної науково-технічної конференції “Інформаційні технології в металургії та машинобудуванні – ІТММ’2022”, м. Дніпро,18 травня 2022 р. С. 123 –126. Режим доступу до ресурсу: https://journals.nmetau.edu.ua/index.php/itmm/issue/view/122

7.Масаликін С.С., Книш Л.І. Моделювання ефекту розфокусування в системах концентрації сонячного випромінювання, Тези доповідей ХХ Міжнародної науково-практичної конференції “Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем”, м. Дніпро, 23 –25 листопада 2022. С. 137. Режим доступу до ресурсу: http://mpzis.dnu.dp.ua/wp-content/uploads/2022/12/MPZIS-2022-1.pdf

8.Масаликін С.С., Книш Л.І. Розробка узагальненого підходу до моделювання переносу сонячного випромінювання в системі “Сонце – концентратор – теплоприймач”, Тези доповідей ХХІ Міжнародної науково-практичної конференції “Математичне та програмне забезпечення інтелектуальних систем”, м. Дніпро, 22 –24 листопада 2023р. С. 204 – 205. Режим доступу до ресурсу: http://mpzis.dnu.dp.ua/wp-content/uploads/2023/11/mpzis-2023.pdf

Similar theses