Modelowanie numeryczne wpływu rodzaju materiału zmiennofazowego na parametry pracy akumulatora ciepła

• Autorzy: Sitka Andrzej , Szulc Piotr , Smykowski Daniel , Redzicki Romuald

Warianty tytułu

EN

Numerical modeling of the phase change material impact on the heat storage unit operation parameters

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki modelowania numerycznego możliwości zastosowania mieszanin materiałów zmiennofazowych do akumulacji ciepła. Mieszaniny uwzględnione w symulacjach, opracowano w ramach badań własnych. Zastosowano materiały PCM o temperaturze przemiany fazowej wyższej niż 300°C. Na potrzeby modelowania numerycznego opracowany został model matematyczny akumulatora ciepła z przemianą fazową. Badano wpływ strumienia masy pary ładującej i powietrza rozładowującego akumulator oraz temperatury powietrza rozładowującego akumulator na strumień ciepła po stronie ładowania i rozładowywania. Na podstawie przeprowadzonej analizy otrzymanych wyników badań, stwierdzono, że najkorzystniejszym materiałem do zastosowania jest PCM 1 (NaNO3) o temperaturze przemiany fazowej 308°C. W przypadku zastosowania tego materiału, jednakowy wzrost strumienia masy czynnika ładującego i rozładowującego, skutkuje takim samym wzrostem strumienia ciepła ładowania i rozładowania. Z tego wynika porównywalna wartość strumienia ciepła ładowania i rozładowania oraz czas ładowania i rozładowania. Są one zbliżone w całym zakresie strumienia masy czynnika ładującego i rozładowującego. Stąd, zastosowanie tego materiału zapewnia najlepsze możliwości skalowania i umożliwia dużą elastyczność pracy akumulatora ciepła w stosunku do pozostałych badanych materiałów zmiennofazowych.

EN

The article presents the results of numerical modelling of the possibility of application of the phase change materials for the heat storage. The mixtures taken into account in the simulations, were developed within own studies. The materials of phase change temperature over 300°C were taken into account. For the purposes of numerical modelling, a mathematical model of the heat storage unit was developed. The authors have studied the influence of charging steam stream and discharging air stream on charging and discharging thermal power. Based on performed analysis, it was indicated that the most suitable material is PCM 1 (NaNO 3 ), which is characterized by a phase change temperature equal to 308°C. In case of this material, equal increase of charging fluid stream and discharging fluid stream, results with an equal growth of charging and discharging thermal power. In consequence, both charging and discharging thermal power as well as charging and discharging time remain similar for entire range of mass stream of charging and discharging fluid. As a result, application of this material for heat storage, guarantees largest scaling capabilities and allows large flexibility of the heat storage unit operation, comparing to other tested materials.

Słowa kluczowe

PL

akumulacja ciepła; materiał zmiennofazowy; modelowanie numeryczne

EN

heat storage; phase change material; numerical modelling

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2021
• Tom: Nr 2
• Strony: 42--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 15 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Sitka Andrzej

• Politechnika Wrocławska

autor

Szulc Piotr

• Politechnika Wrocławska

autor

Smykowski Daniel

• Politechnika Wrocławska

autor

Redzicki Romuald

• Politechnika Wrocławska

Bibliografia

• [1] Aleixandre-Tudo J. L., Castello-Cogollos L., Aleixandre J. L., Aleixandre-Benavent R., Renewable energies: Worldwide trends in research, funding and international collaboration, Renewable Energy 139 (2019) 268-278.
• [2] Brendow K. Global and Regional Coal Demand Perspectives to 2030 and Beyond Sustainable Global Energy Development: The Case of Coal. Part I: Global Analysis, Chapter 6, WEC, Londyn, 2004.
• [3] Chmielniak T.J. Energetyka oparta na węglu - konieczność czy strategia? Karbo nr 2,s. 77-80. 2007.
• [4] Fernandes F. P. G. C. J. B. D., Thermal energy storage: "How previous findings determine current research priorities", Energy, nr 39, pp. 246-257, 2012.
• [5] Gawlik L., Mokrzycki E., Ney R. Możliwości poprawy akceptowalności węgla jako nośnika energii. Gospodarka Surowcami Mineralnymi t. 23, z. spec. 3, 2007.
• [6] Hasain S. M., Reviev on sustainable thermal energy storage technologies prat 1: heat storage materials and techniques, Energy Convers., tom 39, nr 11, pp. 1127-1138, 1998.
• [7] Kochańska E., Determinanty rozwoju odnawialnych źródeł energii, Acta Innovations, 2014.
• [8] Lichota J., Lepszy M., Wójs K., Dynamika akumulacji ciepła kul PCM, Rynek Energii 2(105)/2013.
• [9] Mayernik J., Buildings Energy Datebook, Office of Energy Efficiency & Renewable Energy (EERE), 2006.
• [10] Mokrzycki E. Perspektywy wykorzystania węgla kamiennego. Górnictwo i Geoinżynieria, r. 30, z. 3/1,2006.
• [11] Mokrzycki E., Ney R., Siemek J., Światowe zasoby surowców energetycznych – wnioski dla Polski, Rynek Energii nr 6/2008.
• [12] Monitor E. S. Latest trends in energy storage, Word Energy Council, 2019
• [13] Reuss M., The use of borehole thermal energy storage (BTES) systems, Advances in Thermal Energy Storage Systems, Methods and Applications, Woodhead Publishing Series in Energy, 2015, Pages 117-147.
• [14] U. S. Energy Information Administration / Monthly Energy Review January 2021.
• [15] Vasyuchkov Yu.F. Unconventional Technologies of Coal Seams Extractionad Processing, Archives of Mining Sciences, Vol. 53, Issue 2. 2008.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2021).