Share:


Akumuliacinės talpyklos dinaminio veikimo eksperimentinis ir skaitinis tyrimas / Experimental and numerical research of dynamic operation of heat storage tank

Abstract

Renewable energy sources (RES) and their transformation technologies become more attractive in building sector as energy demand and emissions to the environment increase. Along with renewable energy transformation technologies, the importance of energy storage also arises as these RES are characterized by volatility and energy mismatch over time. For this reason, engineering systems which use RES are becoming increasingly dynamic. This study examines ongoing processes in a vertical cylindrical storage tank designed to cover domestic hot water demand in a building. Simultaneous dynamic mode of operation when the energy is being charged and at the same time discharged from the storage tank is analysed. Experiments are performed and stratification number describing thermal stratification is calculated. The obtained data are used for the development and validation of the numerical model. Using Ansys Fluent software, the influence of different discharge rate on operation mode of the storage tank is investigated. Graphical and numerical interpretation of results is performed.


Santrauka


Augant suvartojamos energijos kiekiui, taip pat jos gamybos metu į aplinką išmetamų teršalų apimčiai, vis dažniau atsigręžiama į atsinaujinančius energijos šaltinius ir jų transformavimo technologijas. Tai tampa ypač populiaru pastatų ūkio sektoriuje. Kartu su atsinaujinančiomis energijos transformavimo technologijomis kyla ir energijos akumuliavimo svarba, nes minėtieji energijos šaltiniai yra nepastovūs, energijos generavimas ir jos vartojimas laikui einant nesutampa. Dėl šios priežasties inžinerinės sistemos, naudojančios atsinaujinančius energijos šaltinius, tampa vis labiau dinamiškos. Šiame tyrime nagrinėjami vykstantys procesai vertikalioje cilindrinės formos akumuliacinėje talpykloje, kuri skirta buitinio karšto vandens poreikiui pastate patenkinti. Nagrinėjamas vienalaikis dinaminis jos veikimo režimas, kai energija yra ir kraunama, ir tuo pačiu metu iškraunama iš akumuliacinės talpyklos. Atliekami eksperimentiniai bandymai, skaičiuojamas šiluminę stratifikaciją apibūdinantis dydis. Gauti duomenys panaudoti skaitiniam modeliui sukurti ir validuoti. Naudojantis skaičiuojamosios fluidų dinamikos programa „ANSYS Fluent“, tiriama skirtingo nukrovimo debito įtaka tokiam akumuliacinės talpyklos veikimo režimui. Atlikta grafinė ir skaitinė rezultatų interpretacija.


Reikšminiai žodžiai: vertikali akumuliacinė talpykla, šilumos kaupimas, dinaminio veikimo režimas, skaičiuojamoji fluidų dinamika, „ANSYS Fluent“, modelio validavimas, šiluminė stratifikacija.

Keyword : vertical heat storage tank, hot water storage, operation mode, computational fluid dynamics, ANSYS Fluent, experimental validation, thermal stratification

Published in Issue
Oct 10, 2019
Abstract Views
89
PDF Downloads
53
Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

References

Alva, G., Liu, L., Huang, X., & Fang, G. (2017). Thermal energy storage materials and systems for solar energy applications. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 68, 693-706. https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.10.021

Bouhal, T., Fertahi, S., Agrouaz, Y., El Rhafiki, T., Kousksou, T., & Jamil, A. (2017). Numerical modeling and optimization of thermal stratification in solar hot water storage tanks for domestic applications: CFD study. Solar Energy, 157, 441-455. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.08.061

Chandra, Y. P., & Matuska, T. (2019). Stratification analysis of domestic hot water storage tanks: a comprehensive review. Energy & Buildings, 187, 110-131. https://doi.org/10.1016/j.enbuild.2019.01.052

Dehghan, A. A., & Barzegar, A. (2011). Thermal performance behavior of a domestic hot water solar storage tank during consumption operation. Energy Conversion and Management, 52, 468-476. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2010.06.075

Dincer, I., & Rosen, M. A. (2013). Exergy analysis of thermal energy storage systems. In Exergy (pp. 133-166). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-08-097089-9.00009-7

Dragsted, J., Furbo, S., Dannemand, M., & Bava, F. (2017). Thermal stratification built up in hot water tank with different inlet stratifiers. Solar Energy, 147, 414-425. https://doi.org/10.1016/j.solener.2017.03.008

Han, Y. M., Wang, R. Z., & Dai, Y. J. (2009). Thermal stratification within the water tank. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 13, 1014-1026. https://doi.org/10.1016/j.rser.2008.03.001

Li, G. (2016). Sensible heat thermal storage energy and exergy performance evaluations. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 53, 897-923. https://doi.org/10.1016/j.rser.2015.09.006

Streckienė, G. (2011). Kogeneracinės jėgainės šilumos akumuliacinės talpos veikimo režimų tyrimai: disertacija. Vilnius: Technika.