Aplikace hysterezního modelu materiálu pro akumulaci tepla na latentní akumulátor s PCM ve válcových pouzdrech

Abstract

Tato diplomová práce se zabývá numerickým modelováním chování PCM a latentního tepelného akumulátoru s akumulační látkou uloženou ve válcových pouzdrech. Cílem bylo rozšíření simulačních možností modelu akumulátoru o pracovní cykly, při kterých nedojde k úplné fázové změně v PCM, a o případy s nestacionárním průtokem vody jakožto teplonosné tekutiny. Teoretická část práce je kromě stručného úvodu do problematiky zaměřena především na výpočetní modely úplné i neúplné fázové změny v PCM. Vybraný měřítkový model byl posléze implementován do modelu celého zařízení a upraven i pro možnost výpočtu střední teploty PCM v pouzdře. Provedená úprava modelu z konstantního na časově závislý průtok vody umožnila simulace vybíjení akumulátoru konstantní hodnotou výkonu a studium vlivu jednotlivých geometrických parametrů na chování při tomto ději. Výsledky ukazují, že daný objem PCM lze po nalezení největšího přijatelného průměru pouzder rozdělit do libovolného počtu trubek. V závěru práce jsou uvedena tři porovnání s experimentálními daty. Pro první dvě byly průběhy naměřeny na akumulátoru v laboratořích ústavu 12112, třetí ověřuje přesnost měřítkového modelu na složitém teplotním profilu aplikovaném na polyethylenglykol.

This diploma thesis deals with numerical modelling of the behavior of PCMs and a latent heat thermal energy storage unit with PCM stored in cylindrical containers. The goal was to extend simulation capabilities of the accumulator model and include cycles with incomplete phase change in PCM. Another objective was to include cases with non-stationary flow of water as heat transfer fluid. The theoretical part of the thesis, apart from a brief introduction, is mainly focused on computational models of both complete and incomplete phase changes in PCM. Selected “curve scale” model was then implemented in the model of the whole device and modified to enable calculation of the mean PCM temperature. The modification of the model from a constant to a time-dependent water flow allowed constant power output discharge simulations and the study of the influence of individual geometrical parameters on the behaviour during this process. Results show that a fixed volume of PCM can be divided into any number of tubes, after finding the largest acceptable container diameter. The paper concludes with three comparisons with experimental data. The first two were measured on the storage unit built in the laboratories of the department 12112, the third one verifies the accuracy of the “curve scale” model on a complex temperature waveform applied to a polyethylene glycol.