أدى انهيار خزان تخزين حراري في محطة طاقة شمسية حرارية إلى الكشف عن تباين خطير بين نماذج الإجهاد المتوقعة والواقع التشغيلي. أظهر التحليل الجنائي ثلاثي الأبعاد للجدران الداخلية، بالإضافة إلى محاكاة ديناميكا الموائع الحسابية (CFD)، أن الهجوم الكيميائي على واجهة الهواء والملح كان أعلى بعشرة أضعاف من التقديرات. السبب: تفاعل أكسدة لم يتم نمذجته مبدئيًا، مما حول نقطة حرجة إلى منطقة فشل كارثي.
النمذجة ثلاثية الأبعاد وCFD لتحديد نقطة الفشل 🔍
استخدم فريق الهندسة برنامج SolidWorks لإعادة بناء الهندسة الدقيقة للخزان المنهار، مع إيلاء اهتمام خاص لخط الطفو. على هذا النموذج، تم إجراء عمليات محاكاة في برنامج ANSYS Fluent لتحليل سلوك المائع وانتقال الحرارة على الواجهة. أظهرت النتائج الأولية معايير ضمن النطاق المتوقع. ومع ذلك، عند إدخال نموذج حركي للأكسدة المتسارعة لمنطقة التلامس بين الهواء والملح المنصهر، ارتفعت معدلات التآكل بشكل كبير. بينما أظهر قاع الخزان تدهورًا منتظمًا، أظهرت منطقة الواجهة فقدانًا في السمك أكبر بعشرة أضعاف، تم تأكيده لاحقًا باستخدام المسح بالليزر من Leica Infinity.
دروس لمحاكاة إجهاد المواد ⚙️
تؤكد هذه الحالة على درس حاسم لمحاكاة إجهاد المواد: نماذج التآكل المتجانس التقليدية غير كافية عند وجود واجهات تفاعلية. يؤدي تجاهل الأكسدة المحددة على خط الطفو، حيث يحفز الأكسجين الموجود في الهواء التدهور، إلى التقليل من العمر الافتراضي للأصل. في محطات الطاقة الشمسية الحرارية، فإن نمذجة هذا التفاعل ليست موصى بها فحسب، بل ضرورية لمنع الأعطال الكارثية وتحسين فترات التفتيش في النقاط الحرجة للتخزين الحراري.
بالنظر إلى أن نماذج الإجهاد التقليدية لم تتنبأ بمعدل تآكل أعلى بعشرة أضعاف على خط الطفو، ما هي منهجية المحاكاة أو العامل البيئي المحدد على واجهة السائل والبخار الذي يجب تضمينه للتنبؤ بدقة بالعمر الافتراضي لهذه الخزانات في التصاميم المستقبلية؟
(ملاحظة: إجهاد المواد يشبه إجهادك بعد 10 ساعات من المحاكاة.)