ABSORBER MATERIALS FOR SOLAR THERMAL POWER PLANT. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

Preview

PDF Ghazi_Zulhazmi-g201201420-Master_Thesis.pdf Download (6MB) | Preview

Arabic Abstract

تقوم مواد الامتصاص في محطة الطاقة الحرارية الشمسية بنقل الطاقة الحرارية من الضوء الشمسي المركز إلى سائل التشغيل داخل جهاز الاستقبال. وبالتالي ، هناك حاجة لتحليل ومراقبة خصائص الامتصاص (مادة الامتصاص) بعد التطبيق لتحسين كفاءة نقل الحرارة في النظام. يجب مراعاة العديد من خواص المواد ، مثل درجة حرارة العمل القصوى، التوصيل الحراري، معامل التمدد الحراري، ومقاومة الاجهاد الحراري. المواد المستخدمة في هذه الدراسة هي الألومينا (Al2O3) ، كربيد السيليكون (SiC)، و كربيد السيليكون السليكوني (SiSiC) ؛ كلها في بنية الرغوة. تم إجراء هذا البحث كإعداد أولي لمحطة طاقة حرارية شمسية. ستحلل المناقشة سلوك المواد المختلفة في نفس حالة الاجهاد الحراري. ومن ثم ، فإننا نعرف اي مادة تتمتع بمقاومة أفضل للدورات الحرارية وأكثرها ملاءمة لهذا التطبيق. درجة الحرارة الهواء المستهدفة هي 1273K لأنه سيستخدم في تطبيق ذو درجة حرارة عالية. التجارب التي أجريت هي اجهاد حراري يصل إلى 200 دورة في درجات حرارة مختلفة ( 1073K و 1273K). أيضا تم إجراء قياسات التوصيل الحراري قبل وبعد التجربة. تم استخدام تحليل الصور لتحليل التكوين والتشكيل باستخدام المجهر التشريحي ( stereomicroscope) و SEM و XRD و EDS. أظهرت النتائج أن عينة الألومينا فقط طورت شقوقًا صغرى أثناء التجربة عند 1073 كلفن وشقوق كبيرة من الحافة إلى الحافة عند 1273 كلفن. لم يتم العثور على أي تغيير تركيبي أثناء التجربة لجميع العينات كما تم تأكيده بواسطة تحليل EDS و XRD. ولذلك ، فإن كربيد السيليكون (SiC)، و كربيد السيليكون السليكوني (SiSiC) يقدمان أداءً أفضل من الألومينا لتطبيق الامتصاص.

English Abstract

Absorber material in solar thermal power plants transfers heat energy from concentrated solar light to the working fluid inside the receiver. Hence, analyzing and observing the absorber properties must take place in order to improve the heat transfer efficiency of the system. Several material properties should be considered, such as maximum working temperature, thermal conductivity, coefficient of thermal expansion, and resistance to thermal fatigue. In this research, the materials used are alumina (Al2O3), silicon carbide (SiC), and siliconized silicon carbide (SiSiC), all in foam structure. The research was a pilot project for a solar thermal power plant in the region. An experimental setup and a receiver were made to support this field of research later. The present work investigated material behavior under thermal fatigue to determine which materials have better resistance to thermal cycles and are more suitable as an absorber. A thermal fatigue experiment in an air environment was conducted for up to 200 cycles at 1073 K and 1273 K. Thermal conductivity measurement, phase analysis, and micro/macro structure were performed using the Modified Transient Plane Source method, XRD, EDS, SEM, and stereomicroscope, respectively. There were no significant changes in the results, neither before nor after the experiment, of thermal conductivity of all the samples. The results showed that only the Al2O3 sample developed micro-cracks during the experiment at 1073 K (observed by SEM) and edge-to-edge macro-cracks at 1273 K as observed by stereomicroscope. The phase analysis showed no compositional change after the experiment for all samples as confirmed by EDS and XRD analysis. Therefore, SiC and SiSiC showed better performance than Al2O3 for absorber application.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	Engineering Research > Engineering Mechanical
Department:	College of Engineering and Physics > Mechanical Engineering
Committee Advisor:	Al-Qutub, Amro
Committee Members:	Laoui, Tahar and Mokheimer, Esmail
Depositing User:	GHAZI HERRY (g201201420)
Date Deposited:	28 May 2018 08:13
Last Modified:	30 Dec 2020 12:43
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/140743