ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ВХОДНОЙ КОНФИГУРАЦИИ И ОРИЕНТАЦИИ РЕЗЕРВУАРА НА СТРАТИФИКАЦИЮ В СИСТЕМЕ АККУМУЛИРОВАНИЯ ТЕПЛА

Аннотация

Технология хранения тепловой энергии (TES) хорошо зарекомендовала себя в солнечной энергетике, системах централизованного теплоснабжения и утилизации промышленного от ходящего тепла. Эффективность таких систем в значительной степени зависит от качества тепловой стратификации — поддержания стабильной разницы температур между горячей и холодной зонами резервуара. В данной работе методы вычислительной гидродинамики (CFD) используются для анализа влияния входной конфигурации и ориентации резервуара на процесс зарядки системы TES. Рассматривается цилиндрический резервуар высотой 1,1 м и внутренним диаметром 0,46 м, внутри которого расположены 13 труб, предназначенных в будущем для интеграции материала с фазовым переходом (PCM). Сравниваются два типа входной конфигурации: распределённый душевой вход и концентрированное одиночное отверстие, как для вертикальной, так и для горизонтальной ориентации резервуара. Численная модель основана на трёхмерных нестационарных уравнениях сохранения массы, импульса и энергии с переменной плотностью теплоносителя, зависящей от температуры. Каждая конфигурация анализируется по следующим критериям эффективности: число MIX, число стратификации, коэффициент ёмкости хранения и эксергетическая эффективность. Результаты показывают, что для вертикальной конфигурации наблюдается значительный результат по коэффициенту ёмкости — около 88.5%, а эксергетическая эффективность превышает 88%, тогда как для горизонтальной конфигурации эти показатели снижаются до 75–77% и 67 69%, соответственно. Вход душевого типа для вертикальной ориентации резервуара обеспечивает лучшую стратификацию благодаря меньшему импульсу струи по сравнению с другой конструкцией входа, однако его влияние не столь существенно по сравнению с влиянием ориентации резервуара.