Valutazione dell’azione del vento su di un concentratore solare parabolico lineare

The performance of a parabolic-trough concentrator is correlated both to the structure stiffness and to the entity of the applied loads. The main load from the action of the wind is deriving. Scope of this work is the estimation of the actions of the wind on a parabolic-trough concentrator of an high temperature solar plant for electric power production. Such evaluation, referring the national and European codes and standards, is performed numerically using the CFD Flotran module of Ansys finite element code. The results, obtained for three reference speeds (7, 14 and 28 m/s) and for various angular positions of the collectors, have allowed to determine the parabolic-trough concentrator shape coefficients. Through such coefficients, it is possible for every wind speed and concentrator angular position to obtain the corresponding actions on the structure. Then, in order to reassure on the degree of numerical reliability of the obtained results, the numerical sensibility of the used model has been analyzed and, in particular, studies have been performed varying the mesh density and field dimensions. At last, being the present CFD codes still “not certified”, wind tunnel experimental tests have been conducted, finalized to the verification of the total reliability of the numerical forecast. At the same time of the experimental tests, 2D and 3D numerical simulations have been conducted to reproduce the analogous conditions of wind tunnel tests. The results obtained from the tests and the numerical simulations have been compared using the aerodynamic coefficients. After the positive numerical-experimental comparison, it is possible to conclude that the fluid-dynamic numerical model, used in order to estimate the wind actions on a parabolic-trough concentrator, is able to predict correctly such actions and is therefore applicable to structures of this type with a good degree of reliability. The validation of the numerical model leads, as ulterior consequence, to the validation of the wind actions numerically estimated. The obtained loads must be therefore considered to have a good level of reliability.

Le prestazioni di un concentratore solare parabolico lineare sono correlate sia alla rigidezza della struttura che alla entità dei carichi ad essa applicati. Tra questi, il carico predominante è quello derivante dall’azione del vento. Scopo del lavoro qui presentato è stato quello di valutare le azioni esercitate dal vento sui concentratori parabolici lineari di un impianto solare ad alta temperatura per la produzione di energia elettrica. Tale valutazione, inquadrata nell’ambito normativo sia nazionale che europeo, è stata eseguita per via numerica utilizzando il modulo fluidodinamico Flotran del codice di calcolo agli elementi finiti Ansys. I risultati, ottenuti per tre velocità di riferimento (7, 14 e 28 m/s) e per diverse posizioni dei collettori, hanno permesso di determinare i coefficienti di forma del concentratore parabolico. Attraverso tali coefficienti, relativi alle azioni di spinta e portanza, al momento torcente, alla pressione media ed alla distribuzione di pressione, è possibile per ogni velocità del vento e per ogni posizione del concentratore ottenere le azioni corrispondenti esercitate sulla struttura. Successivamente, per rassicurare sul grado di affidabilità numerica dei risultati ottenuti, si è analizzata la sensibilità numerica del modello utilizzato ed, in particolare, sono stati condotti studi facendo variare l’infittimento dellla magliatura e le dimensioni del dominio di calcolo. Infine, essendo gli attuali codici CFD ancora “non certificati”, si sono condotte delle prove sperimentali in galleria del vento finalizzate alla verifica della affidabilità complessiva della previsione. Contemporaneamente alle prove sperimentali, sono state condotte delle simulazioni numeriche 2D e 3D cercando di riprodurre le analoghe condizioni di prova della galleria del vento. I risultati ottenuti da queste prove e dalle simulazioni numeriche sono stati messi a confronto utilizzando i coefficienti aerodinamici. Visti gli esiti positivi del confronto numerico-sperimentale effettuato, è possibile concludere che il modello numerico fluidodinamico utilizzato per valutare le azioni del vento esercitate su un concentratore parabolico lineare è in grado di prevedere correttamente tali azioni ed è quindi applicabile a strutture di questo tipo con un buon grado di affidabilità. La validazione del modello numerico porta come ulteriore conseguenza la validazione delle azioni del vento valutate per via numerica in precedenza. I carichi così ottenuti vanno pertanto considerati avere un buon livello di affidabilità.