Akumuliacinės karšto vandens talpos veikimo režimų tyrimas

Abstract

Vis dažniau naudojant atsinaujinančius energijos šaltinius iškyla šilumos akumuliavimo technologijų svarba. Tačiau paprastai tokių šaltinių generuojama energija laiko atžvilgiu nesutampa su sistemos ar vartotojo poreikiu – energija gaminama, kai nėra jos naudojimo ir atvirkščiai. Tai skatina tobulinti ir tirti įvairias energijos akumuliavimo technologijas, kurios padeda išspręsti šią problemą ir gali išlyginti energijos gamybos svyravimus per parą ar kitą laikotarpį. Šiame darbe nagrinėjami vandeninės akumuliacinės talpos veikimo režimai, atliekamas jų vertinimas. Išskirti trys pagrindiniai procesai: įkrovimas, laikymas, iškrovimas ir atskiras – dinaminis režimas. Atlikti realūs eksperimentai kiekvienam iš režimų, nustatyti jų efektyvumo koeficientai. Siekiant išnagrinėti šiluminės stratifikacijos pobūdį bei temperatūros pasiskirstymą talpoje išsamiau, iš eksperimentų duomenų apskaičiuojamas stratifikaciją apibūdinantis kriterijus – stratifikacijos skaičius. Atlikta skaitinė ir grafinė gautų rezultatų interpretacija. Gauti rezultatai palyginti su termovizinėmis nuotraukomis. Sukurtas ir su eksperimento rezultatais patikrintas akumuliacinės talpos skaitinis modelis, naudojantis ANSYS Fluent programa, kuria modeliuojami įvairūs talpoje vykstantys procesai. Kadangi akumuliacinės talpos įkrovimo ir dinaminio įkrovimo ? iškrovimo procesų modeliavimo rezultatai gerai sutapo su eksperimentiniais duomenimis, sudarytas modelis panaudotas skirtingo srauto įtakos talpos veikimui analizei. Taip pat jis gali būti pritaikytas kitų veiksnių įtakos analizei.

The increasing use of renewable energy sources is creating the importance of heat storage technologies. Generally, however, the energy generated by such sources over time does not coincide with the needs of the system or user - energy is produced when there is no use and vice versa. This encourages the development and exploration of various energy storage technologies that help solve this problem and can smooth out fluctuations in energy production over the course of the day or other period. In this work the modes of operation of hot water storage tank are analyzed and their evaluation is performed. Three main processes are distinguished: charging, storage, discharging and separate - dynamic mode. Seperated real experiments have been performed for each of the modes, their efficiency coefficients are determined. In order to analyze the nature of thermal stratification and the temperature distribution in the tank in more detail, the criterion describing stratification - the number of stratification - is calculated from the experimental data. Numerical and graphical interpretation of the obtained results was performed. The results are compared to photos of thermovision. An accumulation tank numerical model was developed and tested with the results of the experiment using ANSYS Fluent program, which simulates various processes in the tank. Since the results of the accumulation tank charging and dynamic charge ? discharge process modeling coincided with the experimental data, the model was used to analyze the influence of different flow on the thermal storage. It can also be applied to the analysis of the influence of other factors.