Title Eksperimentalna i numerička analiza povećanja učinkovitosti latentnog spremnika topline : doktorska disertacija
Title (english) Experimental and numerical analysis of the latent thermal energy storage performance enhancement : doctoral dissertation
Author Mateo Kirinčić
Mentor Anica Trp (mentor)
Committee member Kristian Lenić (predsjednik povjerenstva)
Committee member Paolo Blecich (član povjerenstva)
Committee member Uroš Stritih (član povjerenstva) VIAF: 305531189
Granter University of Rijeka Faculty of Engineering Rijeka
Defense date and country 2021-11-12, Croatia
Scientific / art field, discipline and subdiscipline TECHNICAL SCIENCES Mechanical Engineering
Universal decimal classification (UDC ) 62 - Engineering. Technology in general
Abstract U doktorskoj disertaciji provedena je eksperimentalna i numerička analiza izmjene topline pri
spremanju i korištenju topline iz latentnog spremnika topline u svrhu povećanja njegove
učinkovitosti. Razmatrani latentni spremnik topline izmjenjivač je topline konfiguracije snopa
cijevi u plaštu s uzdužnim lamelama na vanjskoj strani svake cijevi, koji kao akumulator topline
koristi parafin RT 25, smješten oko cijevi, a kao fluid prijenosnik topline vodu, koja struji kroz
cijevi. U svrhu provođenja eksperimentalnog istraživanja, konstruiran je eksperimentalni
latentni spremnik topline te je uspostavljena ispitna linija. Proveden je niz eksperimentalnih
mjerenja vremenskih promjena temperatura parafina unutar spremnika te temperatura vode na
ulazu i izlazu iz spremnika prilikom procesa spremanja i korištenja topline za različite pogonske
uvjete. Za fizikalni problem izmjene topline unutar latentnog spremnika topline, definirana je
domena numeričkog proračuna za koju je postavljen odgovarajući matematički model. Opisan
jednadžbama očuvanja mase, količine gibanja i energije te odgovarajućim početnim i rubnim
uvjetima, matematički model opisuje nestacionarni problem strujanja i izmjene topline pri
promjeni agregatnog stanja prema entalpijskoj metodi. Rješavanje postavljenog matematičkog
modela izvršeno je numeričkim putem, korištenjem metode kontrolnih volumena i računalnog
programa za numeričko rješavanje Ansys Fluent. Postojeći numerički postupak nadograđen je
nizom napisanih korisničkih funkcija kako bi se omogućio numerički proračun izmjene topline
pri promjeni agregatnog stanja akumulatora topline s malom toplinskom vodljivošću. U svrhu
provjere valjanosti matematičkog modela i numeričkog postupka, provedena je usporedba
numeričkih rezultata s rezultatima eksperimentalnih istraživanja te je utvrđeno dobro
poklapanje. Istražen je utjecaj slobodne konvekcije unutar kapljevite faze akumulatora topline
na izmjenu topline prilikom taljenja, odnosno skrućivanja akumulatora topline. Daljnjim
numeričkim analizama procesa spremanja i korištenja toplinske energije iz latentnog spremnika
topline istražen je utjecaj različitih geometrijskih parametara na izmjenu topline, a
optimizacijom su dobivene njihove optimalne vrijednosti s obzirom na različite funkcije cilja
usmjerene na povećanje učinkovitosti latentnog spremnika topline.
Abstract (english) In the doctoral dissertation, experimental and numerical analysis of heat transfer during
charging and discharging in the latent thermal energy storage (LTES) has been investigated in
order to enhance its thermal performance. The investigated LTES is a shell-and-tube type heat
exchanger with longitudinal fins on the outer side of each tube, using paraffin RT 25 as the
phase change material (PCM), which is placed around the tubes, and water as the heat transfer
fluid (HTF), which flows through the tubes. For the purpose of experimental investigations,
experimental test LTES has been designed and experimental apparatus has been set up. Series
of experimental measurements of transient temperature variations of paraffin inside the LTES,
as well as transient temperature variations of water at the inlet and outlet positions, have been
performed during charging and discharging processes for various operating conditions. For the
physical problem of heat transfer inside the LTES, computational domain and mathematical
model have been defined. Mathematical model, consisting of conservation equations of mass,
momentum and energy, as well as corresponding initial and boundary conditions, describes the
transient problem of fluid flow and heat transfer with phase change, which is included in the
model through the enthalpy formulation. The mathematical model has been solved numerically,
using the finite volume method and numerical solver Ansys Fluent. The existing numerical
procedure has been upgraded with a series of self-written user-defined functions so phase
change heat transfer of the low thermal conductivity PCM could be modeled. In order to
validate the mathematical model and numerical procedure, comparison of numerical results
with experimental data has been performed and good agreement has been observed. The
influence of natural convection in the PCM liquid phase on heat transfer during melting and
solidification of the PCM has been investigated. Further numerical analyses of LTES charging
and discharging processes have been performed in order to investigate the influence of various
geometry parameters on heat transfer, and their optimum values have been obtained through
optimization, with respect to different objective functions aimed at enhancing the latent thermal
energy storage performance.
Keywords
latentni spremnik topline
povećanje učinkovitosti
eksperimentalna analiza
numerička analiza
optimizacija
Keywords (english)
latent thermal energy storage
performance enhancement
experimental analysis
numerical analysis
optimization
Language croatian
URN:NBN urn:nbn:hr:190:450847
Promotion 2021
Study programme Title: Postgraduate university (doctoral) study Study programme type: university Study level: postgraduate Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti (doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti)
Type of resource Text
Extent V, 150 str. ; 30 cm
File origin Born digital
Access conditions Open access
Terms of use
Repository Repository of the University of Rijeka, Faculty of Engineering
Created on 2021-11-15 14:33:21