Güneş ışığını eline odaklamak için hiç büyüteç kullandın mı?
Isıyı bir milyon kat arttırın; dev bir ayna alanı, güneş ışığı, su, hava veya diğer ısı taşıyan sıvılar ile dolu bir siyah metal odaya odaklanıyor. Odaklı güneş ışığı, hazne duvarları tarafından emilir ve daha sonra sıvıdan geçirilerek aşırı derecede sıcak hale gelir. Bu konsept, kimya santrallerinde reaktör olarak hizmet vermek veya dev enerji santrallerinde güneş ışığını elektriğe dönüştürmek gibi birçok amaca hizmet edebilir. Ancak şimdiye kadar, güneş termik santrallerinin enerji çıkışı hayal kırıklığı yaratıyor. Çaydanlık suyunu ateşe bırakın: Çay için su ısınırken, en sıcak bölge alevlerin su ısıtıcısının dış duvarlarıyla birleştiği yerdir. Ancak mutfakta yeterli olan, güneş enerjisi tesisatları gibi büyük ölçekli uygulamalarda bu bir problemdir, çünkü güneş enerjisinin yaklaşık yarısı kullanılabilir enerjiye dönüştürülmek yerine çevrede kaybolur. Stanford’da makine mühendisliği profesörü olan Ali Mani, ısı kaynağı odaklı güneş ışığını kullanmanın daha verimli bir yolunu test etmek için bilgisayar simülasyonları yapıyor. Güneş ışığını siyah bir odaya odaklamak yerine, laboratuvarı, konsantre ışığın şeffaf bir odaya ya da çay ısıtıcısına benzemesi halinde analojiyi devam ettirmek için ne olacağını simüle ediyor. Teoride, açık bölmeden geçen ışığın fotonları, içindeki sıvı molekülleriyle çarpışarak, sıvıyı içeriden önemli ölçüde daha az enerji kaybıyla ısıtır.
ABD Enerji Bakanlığı’nın araştırmacıları tarafından yıllar önce tanıtılan bu şeffaf tasarım, kendi zorluklarını ortaya koyuyor. Çalışma sıvısı bu durumda hava genellikle odanın dış kısmı kadar şeffaf olduğu için, birçok foton, ısı değiştirici bir çarpışma olmaksızın sistemden geçer. Bir termal türün yakın karşılaşma potansiyelini arttırmak için, Mani ve ekibi hava akışını ve daha fazla ısı emici yapmak için farklı yaklaşımlar modellediler. Bilgisayar modellerinde, hava sütununun içine emici lekeler sağlamak için küçük katı parçacıkların bölme boyunca saçılması için çeşitli stratejileri test ederler. Aslında, eski siyah oda duvarlarını milyonlarca küçük parçaya ayırıyor ve ısı transferinin gerçekte amaçlandığı hava moleküllerinin yanına yerleştiriyorlar. Bu küçük parçacıkların kontrol edilmesi zordur. Görünüşte tahmin edilemeyen modellerde dönen bir güneş ışığı ışınıyla aydınlatılan tozları düşünün. Mani’nin akışkanlar mekaniği alanında bu tür kaotik hareketlere türbülans denir. Ekibi, bir güne ısı tahliyesinde genel sistemi daha verimli hale getirmek için ısıtma odasındaki türbülansı bir güne bilgisayar modelleri oluşturuyor.
