МОДЕЛЮВАННЯ ТЕЧІЇ І ТЕПЛООБМІНУ В БАКУ-АКУМУЛЯТОРІ ТЕПЛОТИ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2222-0631.2023.01.14Ключові слова:
вільна конвекція, бак-акумулятор теплоти, стратифікація температури, теплова інерція, термічний сердечник, теплове ядро, озокерит, петролатум, церезинАнотація
Робота присвячена дослідженню резервуарів для зберігання теплової енергії. В ній запропоновано використання «термічного ядра» для мінімізації ефектів термічної стратифікації та високої теплової інерції. Термічний сердечник складається з бінарної трубки, розміщеної вздовж центральної осі резервуара, заповненої парафіновою сумішшю з температурою плавлення від 45 до 65oC і щільністю від 0,880 до 0,915г/см3 при . У дослідженні використовувався програмний пакет Fluent для моделювання розподілу температури в резервуарі в умовах вільної конвекції, а потім дані перетворені в модуль «Transient Thermal» пакету програмного забезпечення ANSYS для подальших розрахунків нестаціонарного розподілу температури в тепловому ядрі. Дослідження показало, що 1400-літровий накопичувач теплової енергії, нагрітий протягом 1 години теплоносієм при 115oC, охолоджується до 50oC за 4 години. У ході дослідження також виявлено необхідність удосконалення конструкції резервуара на основі аналізу гідродинамічної структури течії в резервуарі, про що свідчить траєкторний розподіл вільних конвективних потоків. Автори прийшли до висновку, що використання теплового сердечника, незалежно від типу парафіну, який використовується для його формування, сприяє зменшенню стратифікації температури за висотою в резервуарі, та що тип використовуваного парафіну не має істотного впливу на загальне охолодження резервуара. Однак використання церезину, як наповнювача для теплового ядра, призводить до трохи вищої середньої температури в баку. За результатами дослідження було визначено час повного охолодження резервуара за неоднорідним температурним полем усіх елементів резервуара.
Посилання
NVP «GIDROTERM INZHYNIRING» [«HYDROTERM ENGINEERING» JSC]. Available at : https:// http://www.gidro-term.com.ua/142-stati/376-bak-akkumulyator-tepla-teploakku mulyator-ustrojstvo-montazh-normy. (accessed 14 April 2023).
DBN V.2.5-77 : 2014, Kotelʹni [State Building Standards of Ukraine V.2.5-77: Boiler-houses]. Kyiv, Minregionstroy of Ukraine, 2014.
DBN V.2.5-39 : 2008, Teplovi merezhi [State Building Standards of Ukraine V.2.5-39: 2008, Heating Networks]. Kyiv, Minregionstroy of Ukraine, 2009.
European Commission. Proposal for a Directive of the European Parliament and of the Council Amending Directive 2010/31/EU on the Energy Performance of Buildings; European Commission: Brussels, Belgium, 2016. Available at : https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/? uri=CELEX%3A52016PC0765 (accessed 16 April 2023).
Lizanaa J., Chacarteguib R., Barrios-Paduraa A., Valverdec J. M., Ortizc C. Identification of best available thermal energy storage compounds for low-to-moderate temperature storage applications in buildings. Materiales de Construction. July–September 2018, vol. 68, issue 331, ID 160. DOI:10.3989/mc.2018.10517.
Martinenko O. G., Sokovishin Yu. A. Svobodno-konvektivnyy teploobmen : Sptavochnik [Free Convective Heat Transfer : handbook]. Moskow, Nauka I tekhnika Publ., 1982. 400 p.
ANSYS FLUENT 14.5 Theory Guide. New-York, USA, ANSYS Inc, 2012.
Myachenkov V. I., Maltsev V. P., Mayboroda V. P. Raschety mashinostroitel'nykh konstruktsiy metodom konechnykh elementov [Calculations of engineering structures by the finite element method]. Moskow, Mashinostroenie Publ., 1989. 520 p.
Demchenko V. H., Baraniuk O. V. CFD-modelyuvannya protsesiv teploobminu i gidrodynamiky v baku-akumulyatori teploty [CFD-modeling of heat exchange processes and hydrodynamics in a heat storage tank]. KPI Science News. 2020, no. 2, 2020, pp. 17–24.
