Двумерный CFD-анализ бака для хранения горячей воды с погруженными препятствиями

Аннотация

Было проведено комплексное исследование для разработки двумерной математической модели бака для хранения тепла, содержащего внутренние препятствия в форме диска. Эта модель, включающая соответствующие начальные и граничные условия, была решена с использованием встроенных решателей лицензионного программного обеспечения COMSOL Multiphysics 5.6. Модель COMSOL продемонстрировала максимальное отклонение от экспериментальных результатов в 2,2% и еще меньшие расхождения по сравнению с ANSYS Fluent, что подтверждает ее точность в описании процессов зарядки и разрядки бака для хранения тепла с внутренними препятствиями. Используя этот проверенный алгоритм, были проведены численные исследования для анализа распределения температуры и показателей производительности для трех различных конфигураций баков. Среди этих конфигураций бак для хранения со средним диском неизменно демонстрировал превосходную производительность. В этом баке достигнута высочайшая эффективность перемешивания, о чем свидетельствуют более плавные колебания числа Ричардсона и более равномерное распределение температуры. Он также достиг самого высокого коэффициента полезного действия (90,12%) и эксергетического КПД (81,67%), что свидетельствует о его эффективности в области сохранения тепла и качества аккумулируемой тепловой энергии. Кроме того, он продемонстрировал высочайшую эффективность зарядки - 67,51%, что подчеркивает его способность более эффективно накапливать поступающее тепло. Эти данные свидетельствуют о том, что бак со средним диском является наиболее эффективной конфигурацией для накопления тепловой энергии и равномерного распределения температуры.