KPI Science News (Jun 2020)
CFD-МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ТЕПЛООБМІНУ І ГІДРОДИНАМІКИ В БАКУ-АКУМУЛЯТОРІ ТЕПЛОТИ
Abstract
Проблематика. 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.
Keywords
