Modelowanie numeryczne zagadnień cieplno-przepływowych w zbiornikach z dwoma mediami magazynującymi energię cieplną

• Autorzy: Pluta Z. , Wnuk R.
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Przedstawiono zagadnienie modelowania i symulacji procesów nieustalonego przewodzenia ciepła z przemianą fazową w układach niejednorodnych. Rozpatrywano pracę słonecznej instalacji do podgrzewania ciepłej wody użytkowej. Podstawowy element tej instalacji (zasobnik ciepła) wypełniony jest wodą oraz materiałem ulegającym przemianie fazowej zawartym w zasobniku w regularnie rozmieszczonych elementach kulistych lub walcowych. Przedstawiono równania opisujące procesy cieplne w zasobniku magazynującym. Zaproponowano oryginalne schematy różnicowe do rozwiązywania równań energii dla materiału PCM we współrzędnych sferycznych i walcowych bazujące na metodzie objętości kontrolnej i schemacie różnicowym DuFort-Fran-kela. Otrzymane wyniki symulacji numerycznej zweryfikowano badaniami eksperymentalnymi.

EN

The mathematical model and numeric simulation of transient heat conduction with simultaneous phase change in heterogeneous structures are presented. The working of a Solar Domestic Hot Water System was considered. The heat storage tanks the main element of this system, is filled with water and regularly placed balls or tubes enclosed in PCM material. The equations describing the overall heat transfer in the storage tank are presented. An original finite difference scheme for solving energy equation for PCM material in spheńcal and cylindrical co-ordinates was developed. The scheme is based on the control volume method and the Dufort-Frankel method. The results of the numeric simulation were experimentally verified.

Słowa kluczowe

PL

modelowanie numeryczne; energia cieplna; układy niejednorodne

• Wydawca: Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej
• Czasopismo: Biuletyn Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej
• Rocznik: 1999
• Tom: nr 86
• Strony: 49--69
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Pluta Z.

• Instytut Techniki Cieplnej Politechnika Warszawska ul. Nowowiejska 25 00-665 Warszawa

autor

Wnuk R.

• Instytut Podstawowych Problemów Techniki PAN, ul. Świętokrzyska 21, 00-049 Warszawa

Bibliografia

• [1] Domański R.: Magazynowanie energii cieplnej. PWN, Warszawa 1990.
• [2] Moore F.E., Bayaziogiu Y.: Melting within a spherical enclosure. Journal of Heat Transfer 104, 19-23, 1982.
• [3] De Lucia M., Bbejan Α.: Thermodynamics of phase - change energy storage: The effects of liquid superheating during melting and irreversibility during solidification. Journal of Solar Energy Engineering, 113, 2-10, 1991.
• [4] Roy S.K., Senagupta S.: Melting of a free solid in a spherical enclosure: Effects of subcooling. Journal of Solar Energy Engineering, 111, 32-36, 1989.
• [5] Hsiao J.S.: An efficient algorithm for finite - difference analyses of heat transfer with melting and solidification. Numerical Heat Transfer, 8, 653-666, 1985.
• [6] Cao Y., Faghari Α.: Performance characteristics of a thermal energy storage module: a transient PCM forced convection conjugate analysis. Int. J. Heat Mass Transfer, 34, (1), 93-101, 1991.
• [7] Morrison D.J., Abdel-Khalik S.I.: Efects of phase-change energy storage on the performance of air-based and liquid-based solar heating systems. Solar Energy, 20, 57-67, 1978.
• [8] Praca zbiorowa: Budynki i ich elementy przystosowane do uzysku i akumulacji energii cieplnej ze źródeł odnawialnych promieniowania słonecznego i ciepła powierzchniowych warstw gruntu. Prace IPPT PAN, 27, 1990.
• [9] Pluta Z., Wnuk R.: Wpływ materiału PCM w zbiorniku magazynującym na działanie słonecznej instalacji przygotowania ciepłej wody użytkowej. Biuletyn Instytutu Techniki Cieplnej, 80, 29-52, 1995.
• [10] Domański R.: Badania właściwości cieplnych wybranych materiałów do magazynowania energii cieplnej. Archiwum Termodynamiki, 6, 1-2, 1985.
• [11] Jaworski M.: Badania właściwości cieplnych materiałów do magazynowania energii. Opracowanie wewnętrzne IPPT PAN, 1993, nie publikowane.
• [12] Kleinbach E.M., Beckman W.Α., Klein S.A.: Performance study of one-dimensional models for stratified thermal storage tanks. Solar Energy 50, (2), 155-166, 1993.
• [13] Duffie J.A., Beckman W.A.: Solar engineering of thermal processes. John Wiley & Sons, New York 1991.
• [14] Patankar S.V.: Numerical heat transfer and fluid flow. McGraw-Hill, New York 1986.
• [15] Date A.W.: A strong entalphy formulation for the Stefan problem. Int. J. Heat and Mass Transfer. Vol. 34, No 9, pp. 2231-2235, 1991.
• [16] Date A.W.: Novel strongly implicit entalphy formulation for multidimensinal Stefan problems. Numerical Heat Transfer, Part B. Vol. 21, pp. 231-251, 1992.
• [17] Hsiao J.S.: An efficient algorithm for finite - difference analyses of heat transfer with melting and solidification. Numerical Heat transfer. Vol. 8, pp. 653-666, 1985.
• [18] Richtmayer R.D., Morton K.W.: Difference methods for initial value problems. Interscience Publishers, New York 1967.
• [19] Torrance K.E.: Comparison of finite - difference computation of natural convection. Journal of Research of the National Bureau od Standards - Β, 72B, 4, 281-301, 1968.
• [20] Potter D.: Metody obliczeniowe fizyki, fizyka komputerowa. PWN, Warszawa 1977.
• [21] Wnuk R.: Studies on SDHW system equipped with double medium storage tank. MEGASTCK'97 Proceedings Volume 1 7th International Conference on Thermal Energy Storage June 18-21 1997 Sapporo, Japan. Editors K. Ochfuji and K. Nagano Hokkaido University N13-W8, Kita-kum Sapporo 060 Japan, 157-162, 1997.
• [22] Wnuk R.: Storage tanks with double medium assigned to solar domestic hot water system - the results of experimental investigations. Proceedings of 6th International Conference on Thermal Energy Storage CALORSTOCK'94, Helsinki 94 (ISBN 951-22-223-X), 543-550, 1994.
• [23] Wnuk R.: Parametric sensitive studies on a direct solar domestic hot water system with double medium storage tank under Polish meteorological conditions. Renewable Energy, Energy Efficiency and The Environment, World Renewable Congress 15-21 June 1996, Denver, Colorado, USA, Volume III. Edited by A A Μ Sayigh, Pergamon, 1857-1860, 1996.