Масаликін С. С. Статистичне моделювання енергетичних потоків в системах концентрації енергії Сонця

Метою роботи є розробка та узагальнення методів математичного і комп’ютерного моделювання переносу енергетичних потоків у сонячних енергетичних системах з концентраторами, визначенню співвідношень між геометричними та енергетичними параметрами таких систем за для забезпечення максимальних значень ефективності відповідного циклу перетворення, вплив на ці співвідношення неточності поверхні концентраторів та ефекту розфокусування. На основі узагальненої математичної моделі розроблений числовий алгоритм Монте-Карло та створений власний програмний продукт для визначення основних енергетичних характеристик в системах концентрації сонячного випромінювання із урахуванням неточності поверхні концентратора та ефекту його розфокусування. Вперше визначено вплив сумарної неточності поверхні реального концентратора на щільність теплового потоку в його фокальній площині при фіксації неточності в частках кута розкриття Сонця. Порівняно значення щільності теплового потоку від реального концентратора при рівномірному та нормального закону розподілу неточностей поверхні. Вперше встановлений факт взаємної компенсації неточності поверхні концентратора та ефекту його розфокусування. Знайдено, що реальні концентратори із незначними неточностями та розфокусуванням можуть бути більш енергетично ефективні, ніж математично ідеальні з розфокусуванням. Вперше проведено верифікацію отриманих методом Монте-Карло числових даних для щільності теплового потоку шляхом порівняння із даними знайденого аналітичного розв’язку, в якому неточність поверхні враховується на основі значення інтегральної ймовірності. На основі розробленого числового алгоритму Монте-Карло був створений власний програмний С++код, який має узагальнений характер і може застосовуватися, в разі незначної корекції, для розрахунку концентраторів будь-якої геометрії. Крім того, створений програмний код має гнучку та прозору структуру, що дозволяє його трансформувати в залежності від типу обраних припущень та методів врахування неточності без суттєвих змін. Результати проведеного дослідження можуть бути використані під час проектування та функціонування сучасних сонячних енергетичних установок різного температурного рівня та призначення, в складі яких знаходиться концентратор сонячного випромінювання відповідної геометрії. Теоретичні та практичні положення роботи стали складовою частиною навчальних дисциплін “Моделі і методи прикладної математики”, “Методи ідентифікації параметрів математичних моделей”, які викладаються для здобувачів вищої освіти рівня PhD спеціальності 113 Прикладна математики в Дніпровському національному університеті імені Олеся Гончара. Проведені дослідження та їх результати складають відповідний розділ ініціативної науково-дослідної роботи “Детерміновані та стохастичні алгоритми комп’ютерного моделювання об’єктів та процесів різної природи” (2022-2024, науковий керівник проф. Книш Л.І., державний реєстраційний номер 0122U001467), яка проводиться на кафедрі комп’ютерних технологій факультету прикладної математики ДНУ.