Modelowanie procesów cieplno – przepływowych w akumulatorze ciepła z materiałem zmiennofazowym

• Autorzy: Smykowski D.

Warianty tytułu

EN

Modelling of thermo-flow processes in heat storage unit with phase change material

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Alternatywą dla akumulacji energii w cieple jawnym (woda) jest akumulacja ciepła w przemianie fazowej. Rozwiązanie to polega na wykorzystaniu zjawiska przemiany fazowej ciało stałe – ciecz, którego entalpia (ciepło utajone) jest znacznie większa niż ciepło jawne. Kolejną zaletą są szerokie możliwości pod względem temperatury pracy akumulatora ograniczone jedynie właściwościami materiału zmiennofazowego. Technologia akumulacji ciepła w przemianie fazowej nie jest jednak wolna od wad. Podstawową wadą jest niska przewodność cieplna wielu materiałów zmiennofazowych, wynosząca np. 0,2 W/m.K dla parafin i 0,5 – 0,7 W/m.K dla soli nieorganicznych. Analiza procesu wymiany ciepła pomiędzy płynem dostarczającym ciepło, materiałem zmiennofazowym oraz płynem odbierającym ciepło umożliwia dobór konstrukcji akumulatora zapewniającej odpowiednio skuteczny transport ciepła. W ramach przedstawionej pracy przeprowadzono symulacje cieplno – przepływowe dla wybranego wariantu konstrukcji akumulatora z materiałem PCM (Phase Change Material).

EN

An alternative for energy storage in sensible heat (water) is the heat storage in phase change. This solution takes advantage of the solid – liquid phase change process, which is characterized by significantly larger enthalpy comparing to sensible heat. Another advantage of heat storage in phase change is the accumulator operation temperature range, limited only by phase change material properties. However, latent heat storage technology has several drawbacks. The main limitation is the low thermal conductivity of most phase change materials, which ranges from 0.2 W/m.K in case of paraffins up to 0.5 – 0.7 W/m.K for inorganic salts. The analysis of heat transfer between the hot fluid and the phase change material as well as between the phase change material and cold fluid allows to adjust the construction of the heat accumulator in order to ensure efficient heat transport. Within presented study, the heat transfer for a selected geometry variant of heat accumulator was investigated using computational fluid dynamics simulations.

Słowa kluczowe

EN

heat storage; phase change; computational fluid dynamics

• Wydawca: KAPRINT
• Czasopismo: Rynek Energii
• Rocznik: 2017
• Tom: Nr 5
• Strony: 23--28
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Smykowski D.

• Politechnika Wrocławska, Wydział Mechaniczno – Energetyczny, Zakład Mechaniki i Systemów Energetycznych

Bibliografia

• [1] Lichota J., Lepszy M., Wójs K.: Badania efektywności akumulacji ciepła w materiale o zmiennej fazie. Rynek Ciepła 2012. Materiały i studia: praca zbiorowa / pod red. Henryka Kapronia. 2012. s. 405–419.
• [2] Wójs K., Lichota J., Bechtold Z., Lepszy M.: Matematyczne modelowanie i zastosowania akumulacji odpadowego ciepła z elektrowni w materiałach z przemianą fazową. Rynek Energii 2011, nr 5, s. 66–73
• [3] Lichota, J. Lepszy, M. Wójs, K.: Dynamika akumulacji ciepła kul PCM. Rynek Energii 2013, nr 2, s.97–103
• [4] Starościk J.: Magazynowanie ciepła – czy problem jest już rozwiązany? Polski Instalator Numer Specjalny 3/2015
• [5] Pomorski M., Nemś A., Gnutek Z.: Techniki akumulacji energii – część 2. Źródła ciepła i energii elektrycznej, Instal 11/2015
• [6] Zalba B., Marın J., Cabeza L.F., Mehling H.: Review on thermal energy storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications, Applied Thermal Engineering 23 (2003) 251–283
• [7] Oertel D.: Energiespeicher – Stand und Perspektiven, TAB, Arbeitsbericht Nr. 123, February 2008
• [8] Gomez J. C.: High-Temperature Phase Change Materials (PCM) Candidates for Thermal Energy Storage (TES) Applications, Milestone Report NREL/TP-5500-51446, Sep-tember 2011, Contract No. DE-AC36-08GO28308
• [9] Jankowski N. R., McCluskey F. P.: A review of phase change materials for vehicle component thermal buffering. Applied Energy 113 (2014) 1525–1561
• [10] Agyenim F., Hewitt N., Eames P., Smyth M.: A review of materials, heat transfer and phase change problem formulation for latent heat thermal energy storage systems (LHTESS). Renewable and Sustainable Energy Reviews 14 (2010) 615–628
• [11] Hyun D. C., Levinson N. S., Jeong U., and Xia Y.: Emerging Applications of Phase-Change Materials (PCMs): Teaching an Old Dog New Tricks. Angew. Chem. Int. Ed. 2014, 53, 3780 – 3795
• [12] Nomura T., Zhu C., Sheng N., Saito G., Akiyama T.: Microencapsulation of Metal-based Phase Change Material for High-temperature Thermal Energy Storage. Sci. Rep. 5, 9117; (2015)
• [13] Guo C. X., Ma X. L. Yang L.: PCM/ graphite foam composite for thermal energy storage device. 2015 Global Conference on Polymer and Composite Materials (PCM 2015), IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering 87 (2015) 012014
• [14] Jin Y., Wan Q., Ding Y.: PCMs heat transfer performance enhancement with expanded graphite and its thermal stability, Procedia Engineering 102 (2015) 1877 – 1884
• [15] Liu M., Saman W., Bruno F.: Review on storage materials and thermal performance enhancement techniques for high temperature phase change thermal storage systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16 (2012) 2118– 2132
• [16] Foong C. W., Hustad J. E., Løvseth J., Nydal O. J.: Numerical Study of a High Temperature Latent Heat Storage (200-300°C) Using Eutectic Nitrate Salt of Sodium Nitrate and Potassium Nitrate, Proceedings of the COMSOL Conference 2010

Uwagi

Opracowanie ze środków MNiSW w ramach umowy 812/P-DUN/2016 na działalność upowszechniającą naukę (zadania 2017).