تولید و ارزیابی خواص مکانیکی و مقاومت به شوک حرارتی جاذب خورشیدی ماکرومتخلخل کاربید سیلیسیم

توان خورشیدی تمرکزیافته یکی از منابع انرژی تجدیدپذیر است که در آن از انرژی حرارتی تابش خورشیدی در توربین بخار برای تولید شبکه برق استفاده می‌شود. تابش خورشیدی به‌وسیله یک رآکتور گیرنده خورشیدی و روی سطح یک جاذب تابشی متخلخل جذب می‌شود. در این پژوهش، تولید و ارزیابی خواص مکانیکی و حرارتی جاذب ماکرومتخلخل کاربید سیلیسیم به‌منظور استفاده در رآکتور خورشیدی مدنظر قرار گرفته است. بر این اساس، فوم‌های کاربید سیلیسیم تولید و بر اساس اندازه حفرات به سه دسته (5, 12, 75 ppi) دسته‌بندی شد. رفتار مکانیکی و مقاومت به شوک حرارتی فوم‌های متخلخل در محدوده دمای کاری جاذب (1200-25 درجه سانتی‌گراد) ارزیابی شد. نتایج نشان داد که استحکام فشاری ویژه (نسبت استحکام فشاری به وزن) فوم‌ها به‌صورت اکسپونانسیلی با کاهش درصد تخلخل (ɛ) و اندازه حفرات آنها، افزایش می‌یابد. همچنین برای فوم‌های با اندازه حفرات ریزتر، کاهش قابل توجه در استحکام مکانیکی در اثر شوک حرارتی، مشاهده شد. دلیل آن می‌تواند افزایش تعداد بازوهای با استحکام مکانیکی ضعیف در واحد حجم باشد. لذا از دیدگاه مقاومت مکانیکی، فوم‌های متخلخل دارای اندازه حفرات درشت‌تر دارای مقاومت به شوک حرارتی بیشتر برای کاربرد به‌عنوان جاذب خورشیدی هستند.

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

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 microporous 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 (251200 °C) were evaluated. Results revealed that the specific compressive strength ( sigma;c/ rho;) 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.