Математическое моделирование фазовых превращений в накопителях энергии цилиндрического типа

Приведены краткие сведения о накопителях энергии цилиндрического типа с фазовым переходом. Рассмотрены одномерные однофазная и двухфазная задачи плавления как математические модели фазовых превращений в накопителях тепловой энергии. Даны рекомендации по использованию различных соотношений для определения коэффициента теплопередачи между теплоносителем и наполнителем через стенку тепловой трубки в отдельных частных случаях ламинарного и турбулентного течения теплоносителя. Рассмотрена и обоснована возможность применения подхода, аналогичного решению Неймана для задачи Стефана в прямоугольной системе координат, при проведении расчетов однофазной модели плавления наполнителя. Приведено оценочное время фазовых превращений в накопителе, в котором в качестве наполнителя применяется парафин, а в качестве теплоносителя - вода. Проиллюстрированы зависимости положения границы раздела фаз от времени и распределения температуры жидкой фазы наполнителя от радиальной координаты и времени.

Литература

[1] Sharma A., Tyagi V.V., Chen C.R., Buddhi D. Review on thermal energy storage with phase change materials and applications // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2009. Vol. 13. P. 318-345.

[2] Manish K. Rathod, Jyotirmay Banerjee. Numerical investigation on latent heat storage unit of different configurations // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2011, Vol. 51. P. 813-818.

[3] Review on thermal energy storage for air conditioning systems / A. Al-Abidi, Mat Sohif Bin, K. Sopian, M.Y. Sulaiman, C.H. Lim, Th. Mohammad Abdulrahman // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2012. Vol. 16. P. 5802-5819.

[4] Alexiades V., Solomon A.D. Mathematical modeling of melting and freezing processes. Bristol: Hemisphere Publishing Corporation, 1993. 336 p.

[5] Bauer T. Approximate analytical solutions for the solidification of PCMs in fin geometries using effective thermophysical properties // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2011. Vol. 54. P. 4923-4930.

[6] Perry’s chemical engineers’ handbook. 8th edition / B.E. Poling, G.H. Thomson, D.G. Friend, R.L. Rowley, W.V. Wilding. N.Y.: McGraw-Hill, 2008. 521 p.

[7] Ukrainczyk N., Kurajica S., Sipusic J. Thermophysical Comparison of Five Commercial Paraffin Waxes as Latent Heat Storage Materials // Chemical and Biochemical Engineering Quarterly. 2010. Vol. 24. P. 129-137.

[8] Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. М.: Энергия, 1977. 344 с.

[9] Fundamentals of momentum, heat, and mass transfer / J. Welty, C. Wicks, R. Wilson, G. Rorrer. 5th ed. Hoboken, NJ: John Wiley & Sons Inc., 2008. 711 p.

[10] Кутателадзе С.С. Основы теории теплообмена. М.: Атомиздат, 1979. 416 с.

[11] Кутателадзе С.С., Боришанский В.М. Справочник по теплопередаче. М.: Госэнергоиздат, 1958. 414 с.

[12] Fundamentals of Heat and Mass Transfer / T. Bergman, A. Lavine, F. Incropera, D. DeWitt. 7th ed. NJ: John Wiley & Sons Inc., 2011. 1080 p.

[13] Люк Ю. Специальные математические функции и их аппроксимации; пер. с англ. М.: Мир, 1980, 608 с.

[14] Самарский А.А., Вабищев П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС, 2003. 784 с.