MODELING OF NATURAL CONVECTION AT MELTING IN THE THERMAL ENERGY STORAGE MODULE WITH PHASE CHANGE «SOLID BODY - LIQUID»

• Date: 2022
• Main Authors: Yurkov, R., Knysh, L.
• Format: Article
• Published: Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2022
• Subjects: thermal storage module; phase change “solid body – liquid”; mathematical model; effective heat capacity method; natural convection; numerical investigation.
• Online Access: https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/379
• Journal Title: Vidnovluvana energetika

Представлено результати моделювання процесів теплообміну, що мають місце в циліндричному елементі теплового акумулятора з фазовим переходом «тверде тіло – рідина». Спроєктований елемент типу «труба в трубі» розташований вертикально, всередині каналу з теплоакумулювальним матеріалом NaNO3 міститься канал з теплоносієм Sylthem800, який є традиційним для параболоциліндричних сонячних станцій. Розроблено математичну модель процесу, яка належить до задач типу Стефана, де прихована теплота фазового переходу враховувалась методом ефективної теплоємності. Вплив вільної конвекції в розплаві теплоакумулювального матеріалу моделювався з використанням ефективного конвективного коефіцієнта тепловіддачі, який розраховувався на основі критеріальних рівнянь. Розроблено числовий алгоритм та створено власний Python-код для отримання розподілу температур в теплоакумулювальному матеріалі в залежності від часу та режиму течії теплоносія. З’ясовано, що при ламінарному режимі течії теплоносія вільна конвекція в розплаві значно впливає на загальний теплообмін в системі. При переході до турбулентного режиму ефект вільної конвекції нівелюється за рахунок інтенсифікації вимушеного конвективного тепломасообміну в каналі з теплоносієм. Встановлено значення швидкості руху границі розподілу фаз при ламінарному та турбулентному режимах течії теплоносія з урахуванням вільної конвекції в розплаві та без її врахування. Отримані дані будуть корисними під час вибору геометричних, динамічних та теплофізичних параметрів перспективних теплових акумуляторів фазового переходу «тверде тіло – рідина».