توليد و ارزيابي خواص مكانيكي و مقاومت به شوك حرارتي جاذب خورشيدي ماكرو متخلخل كاربيد سيليسيم

Synthesis and Characterization of Mechanical Behavior and Thermal Shock Resistance of Macro-Porous SiC Solar Absorber

توان خورشيدي تمركزيافته يكي از منابع انرژي تجديدپذير است كه در آن از انرژي حرارتي تابش خورشيدي در توربين بخار براي توليد شبكه برق استفاده مي شود. تابش خورشيدي به وسيله يك رآكتور گيرنده خورشيدي و روي سطح يك جاذب تابشي متخلخل جذب مي شود. در اين پژوهش، توليد و ارزيابي خواص مكانيكي و حرارتي جاذب ماكرومتخلخل كاربيد سيليسيم به منظور استفاده در رآكتور خورشيدي مدنظر قرار گرفته است. بر اين اساس، فوم هاي كاربيد سيليسيم توليد و بر اساس اندازه حفرات به سه دسته (5, 12, 75 ppi) دسته بندي شد. رفتار مكانيكي و مقاومت به شوك حرارتي فوم هاي متخلخل در محدوده دماي كاري جاذب (1200-25 درجه سانتي گراد) ارزيابي شد. نتايج نشان داد كه استحكام فشاري ويژه (نسبت استحكام فشاري به وزن) فوم ها به صورت اكسپونانسيلي با كاهش درصد تخلخل (ɛ) و اندازه حفرات آنها، افزايش مي يابد. همچنين براي فوم هاي با اندازه حفرات ريزتر، كاهش قابل توجه در استحكام مكانيكي در اثر شوك حرارتي، مشاهده شد. دليل آن مي تواند افزايش تعداد بازوهاي با استحكام مكانيكي ضعيف در واحد حجم باشد. لذا از ديدگاه مقاومت مكانيكي، فوم هاي متخلخل داراي اندازه حفرات درشت تر داراي مقاومت به شوك حرارتي بيشتر براي كاربرد به عنوان جاذب خورشيدي هستند.

The concentrated solar power (CSP) is one of the renewable energy sources in which solar irradiation heat energy will be used in a steam turbine to generate electrical grid. Solar radiation is absorbed by a solar receiver reactor on the surface of a porous solar absorber. In this survey, synthesis and mechanical/thermal characterization of micro-porous silicon carbide (SiC) absorber to be used in solar reactor is carried out. SiC foams were synthesized and categorized based on three different pore sizes i.e. 5, 12 and 75 ppi. Mechanical behavior and thermal shock resistance of porous foams in the working temperature range for absorber (25-1200 °C) were evaluated. Results revealed that the specific compressive strength (σc/ρ) of foams increase exponentially by a decrement in the porosity percentage and the average pore size. Moreover, for foams with smaller pore size, a considerable decrease in mechanical strength due to thermal shock was observed. This could be due to increase in the number of struts per unit volume i.e. more weak struts to withstand the mechanical loading. So, porous foams with coarser pore sizes were distinguished to be more capable of tolerating thermal shock while serving as solar absorbers.