CFD-моделювання процесів теплообміну і гідродинаміки в баку-акумуляторі теплоти

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorДемченко, Володимир Георгійович
dc.contributor.authorБаранюк, Олександр Володимирович
dc.date.accessioned2021-04-01T09:34:14Z
dc.date.available2021-04-01T09:34:14Z
dc.date.issued2020
dc.description.abstractenBackground. Today, heat storage tanks are an integral part of heating systems. However, modern designs of capacitive storage tanks are characterized by the phenomenon of thermocline and high thermal inertia. To minimize the aforementioned disadvantages, it is proposed to use a “thermal core”, for the formation of which it is necessary to select a substance with a high value of heat capacity. Objective. The purpose of the presented study is to simulate the process of heat and mass transfer in a storage tank with a “thermal core”, in the form of the binary tube located on the central axis, the inter tube space of which is filled with paraffin (a mixture of saturated hydrocarbons with melting point – from 45 °C to 65 °C; dense – 0.880–0.915 g/cm3 at 15 °C). Methods. Fluent software determines the temperature distribution in the heat storage tank under free convection conditions. The resulting data were then converted into a calculation module of the Transient Thermal software complex ANSYS, where further calculations of the non-stationary temperature distribution of the “thermal core” were carried out. Results. It is determined that the heat storage tank with a capacity of 1400 liters, heated for one hour by a heat transfer agent with a temperature of 115 °C, is cooled to 50 °C in 4 hours. The analysis of the hydrodynamic structure of the flow based on the distribution of the trajectories of movement of free-convective flows in the water column of the storage tank indicates the need to improve the design of the tank. It is determined that the use of the “thermal core”, regardless of the type of paraffin used for its formation, helps to reduce the stratification of temperature by tank height. The type of paraffin used to form the “heat core” has no significant effect on the cooling time of the heat storage tank as a whole. However, when using “ceresin” as a filler for the “heat core”, the average tank temperature is generally about 0.5 °C higher than for other paraffin types studied. Thus, it is “ceresin” that should be used as a “thermal core”. Conclusions. The result of the calculation of the inhomogeneous temperature field of all elements of the heat storage tank was used to determine the time of its complete cooling. The conducted research allows automating the process of calculation of the storage tanks as well as carrying out their modernization to increase the efficiency of use.uk
dc.description.abstractruПроблематика. На сегодня баки-аккумуляторы теплоты являются неотъемлемой частью схем систем отопления. Однако современным конструкциям емкостных баков-аккумуляторов присущи явление термоклина и высокая тепловая инертность. Для минимизации указанных недостатков предлагается использовать “тепловое ядро”, для формирования которого следует выбрать вещество с высоким значением теплоемкости. Цель исследования. Целью работы является моделирование процесса тепломассопереноса в емкостном баке-аккумуляторе с “тепловым ядром” в виде расположенной по центральной оси бинарной трубы, межтрубное пространство которой заполнено парафином (смесь предельных углеводородов с температурой плавления от 45 до 65 °С, плотностью 0,880–0,915 г/см3 при 15 °C). Методика реализации. Средствами программного комплекса Fluent определено распределение температур в баке-аккумуляторе теплоты в условиях свободной конвекции. Далее полученные данные конвертировались в расчетный модуль Transient Thermal программного комплекса ANSYS, где проводились дальнейшие расчеты нестационарного распределения температуры “теплового ядра”. Результаты исследования. Определено, что бак-аккумулятор теплоты емкостью 1400 литров, который нагревается 1 ч теплоносителем с температурой 115 °С, охлаждается до 50 °С за 4 ч. Проведенный анализ гидродинамической структуры потока на основе распределения траекторий движения свободноконвективных потоков в толще воды бака-аккумулятора свидетельствует о необходимости совершенствования конструкции бака. Определено, что применение “теплового ядра” независимо от типа парафина, который применяется для его формирования, способствует уменьшению стратификации температуры по высоте бака. Тип парафина, который используется для формирования “теплового ядра”, не имеет существенного влияния на время охлаждения бака-аккумулятора теплоты в целом. Однако в случае использования “церезина” в качестве наполнителя “теплового ядра” средняя температура бака в целом примерно на 0,5 °С выше, чем для других исследованных типов парафина. Таким образом, в качестве “теплового ядра” следует применять именно “церезин”. Выводы. Результат вычисления неоднородного температурного поля всех элементов бака-аккумулятора теплоты использовался для определения времени его полного охлаждения. Проведенное исследование позволяет автоматизировать процесс расчета баков-аккумуляторов и осуществить их модернизацию для повышения эффективности использования.uk
dc.description.abstractukПроблематика. На сьогодні баки-акумулятори теплоти є невід’ємною частиною схем систем опалення. Однак сучасним конструкціям ємнісних баків-акумуляторів притаманні явище термоклину та висока теплова інертність. Для мінімізації згаданих недоліків пропонується використати “теплове ядро”, для формування якого слід вибрати речовину з високим значенням теплоємності. Мета дослідження. Метою роботи є моделювання процесу тепломасопереносу в ємнісному баку-акумуляторі з “тепловим ядром” у вигляді розміщеної по центральній осі бінарної труби, міжтрубний простір якої заповнений парафіном (суміш граничних вуглеводнів із температурою плавлення від 45 до 65 °С, щільністю 0,880–0,915 г/см3 за 15 °C). Методика реалізації. Засобами програмного комплексу Fluent визначено розподіл температур у баку-акумуляторі теплоти в умовах вільної конвекції. Далі отримані дані конвертувались у розрахунковий модуль Transient Thermal програмного комплексу ANSYS, де проводились подальші розрахунки нестаціонарного розподілу температури “теплового ядра”. Результати дослідження. Визначено, що бак-акумулятор теплоти ємністю 1400 літрів, який нагрівається 1 год теплоносієм із температурою 115 °С, охолоджується до 50 °С за 4 год. Проведений аналіз гідродинамічної структури потоку на основі розподілу траєкторій руху вільноконвективних потоків у товщі води бака-акумулятора свідчить про необхідність удосконалення конструкції бака. Визначено, що застосування “теплового ядра” незалежно від типу парафіну, який застосовується для його формування, сприяє зменшенню стратифікації температури по висоті бака. Тип парафіну, що використовується для формування “теплового ядра”, не має суттєвого впливу на час охолодження бака-акумулятора теплоти в цілому. Проте у випадку використання “церезину” як наповнювача “теплового ядра” середня температура бака в цілому приблизно на 0,5 °С вища, ніж для інших досліджених типів парафіну. Таким чином, як “теплове ядро” слід застосовувати саме “церезин”. Висновки. Результат обчислення неоднорідного температурного поля всіх елементів бака-акумулятора теплоти використовувався для визначення часу його повного охолодження. Проведене дослідження дає можливість автоматизувати процес розрахунку баків-акумуляторів і здійснити їх модернізацію для підвищення ефективності використання.uk
dc.format.pagerangeС. 17-24uk
dc.identifier.citationДемченко, В. Г. CFD-моделювання процесів теплообміну і гідродинаміки в баку-акумуляторі теплоти / В. Г. Демченко, А. В. Баранюк // Наукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал. – 2020. – № 2(129). – С. 17–24. – Бібліогр.: 6 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/kpi-sn.2020.2.205113
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/40378
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.relation.ispartofНаукові вісті КПІ : міжнародний науково-технічний журнал, 2020, № 2(129)uk
dc.rights.urihttps://creativecommons.org/licenses/by/4.0/en
dc.subjectвільна конвекціяuk
dc.subjectбак-акумулятор теплотиuk
dc.subjectстратифікація температуриuk
dc.subjectтеплове ядроuk
dc.subjectозокеритuk
dc.subjectпетролатумuk
dc.subjectцерезинuk
dc.subjectfree convectionuk
dc.subjectheat storage tankuk
dc.subjecttemperature stratificationuk
dc.subjectthermal coreuk
dc.subjectozokeriteuk
dc.subjectpetrolatumuk
dc.subjectceresinuk
dc.subjectсвободная конвекцияuk
dc.subjectбак-аккумулятор теплотыuk
dc.subjectстратификация температурыuk
dc.subjectтепловое ядроuk
dc.subject.udc533.6.08:532.527uk
dc.titleCFD-моделювання процесів теплообміну і гідродинаміки в баку-акумуляторі теплотиuk
dc.title.alternativeCFD Modeling of Heat Transfer and Hydrodynamics Processes in a Heat Storage Tankuk
dc.title.alternativeCFD-моделирование процессов теплообмена и гидродинамики в баке-аккумуляторе теплотыuk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
NVKPI2020-2_02.pdf
Розмір:
1.48 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.01 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Наукові вісті КПІ: міжнародний науково-технічний журнал, № 2(129)