Kompleksowa metoda modelowania, projektowania i badania zmiennofazowych magazynów ciepła

Liczba stron: 230 

Format: 170 × 240 mm 

Rok wydania: 2025

ISBN 978-83-8134-013-7

Powstanie tej publikacji stanowi odpowiedź na rosnące zainteresowanie technologiami magazynowania ciepła w skali przemysłowej. Jest kompleksowym opracowaniem dotyczącym modelowania, projektowania, optymalizacji oraz testowania zmiennofazowych magazynów ciepła, ze szczególnym uwzględnieniem ich zastosowania w przemyśle. Monografię przygotowano z myślą o szerokim gronie odbiorców. Ten gruntowny przewodnik posłuży zatem zarówno inżynierom z branży energetyki cieplnej, jak i badaczom zajmującym się modelowaniem magazynów ciepła. Jest również źródłem specjalistycznej i praktycznej wiedzy dla studentów i doktorantów kierunków technicznych – energetyki, inżynierii środowiska czy inżynierii materiałowej.

spis treści

1. Wstęp ............................................................................................................................................... 7

2. Kompleksowe podejście do modelowania, projektowania i badania zmiennofazowych magazynów ciepła  ......................................................................................... 25

3. Dobór materiału magazynującego ciepło  ................................................................................... 29

Wprowadzenie ................................................................................................................................ 29

3.1 Kryteria doboru materiału magazynującego ciepło .......................................................... 29

3.2. Metodyka wyznaczania właściwości termofizycznych  ..................................................... 34

3.2.1 Aparatura i warunki pomiarów DSC–TGA .............................................................. 34

3.2.2. Analiza wyników  ......................................................................................................... 37

3.3. Przykład zastosowania metody ............................................................................................ 39

3.3.1. Określenie kryteriów doboru materiału magazynującego ..................................... 39

3.3.2. Selekcja materiałów i badania DSC–TGA  ............................................................... 40

3.3.3. Wyznaczenie wskaźników i ocena materiałów ........................................................ 45

3.3.4. Weryfikacja właściwości materiału magazynującego po eksploatacji w warunkach rzeczywistych ................................................................................................. 49

4. Metoda modelowania i optymalizacji magazynu ciepła z przemianą fazową  ....................... 51

Wprowadzenie ................................................................................................................................ 51

4.1. Model bilansowy magazynu ciepła ...................................................................................... 52

4.2. Metoda obliczeń procesowych oraz dynamicznych (model jednowymiarowy)  ........... 56

4.2.1. Metoda obliczeń procesowych (stacjonarny model magazynu ciepła) ................ 58

4.2.2 Metoda obliczeń dynamicznych (dynamiczny model magazynu ciepła)  ............. 69

4.3. Metoda symulacji cieplno-przepływowych (numeryczny model trójwymiarowy) ...... 73

4.3.1 Model przemiany fazowej z modułu Heat Transfer (COMSOL Multiphysics) .... 80

4.3.2 Metoda interpolowanej efektywnej pojemności cieplnej (DSC–TGA)  ................ 82

5. Weryfikacja metody w skali laboratoryjnej  ................................................................................ 87

Wprowadzenie ................................................................................................................................ 87

5.1. Idea praktycznego wykorzystania przemiany fazowej do akumulacji ciepła ................. 87

5.2. Stanowisko badawcze w skali laboratoryjnej  ..................................................................... 89

5.3 Wyniki pomiarów i ich analiza  ............................................................................................ 94

5.3.1. Badanie wpływu strumienia powietrza na parametry dynamiczne  ..................... 95

5.3.2 Badanie wpływu konstrukcji układu wymiany ciepła na parametry dynamiczne magazynu .......................................................................................................... 112

5.4. Symulacje cieplno-przepływowe laboratoryjnego magazynu ciepła  .............................. 117

5.4.1 Parametry i warunki symulacji ................................................................................... 117

5.4.2 Weryfikacja modelu numerycznego  .......................................................................... 120

5.4.3 Syntetyczna analiza wyników symulacji numerycznych i pomiarów .................... 131

6. Weryfikacja metody w warunkach rzeczywistych ..................................................................... 137

Wprowadzenie ................................................................................................................................ 137

6.1. Zastosowanie magazynu ciepła z przemianą fazową w warunkach rzeczywistych  ...... 137

6.2. Obliczenia bilansowe rzeczywistego systemu magazynowania ciepła  ........................... 140

6.3 Pilotażowa instalacja magazynowania ciepła ..................................................................... 146

6.3.1 Założenia i wytyczne pilotażowej instalacji magazynowania ciepła  ..................... 147

6.3.2 Obliczenia bilansowe pilotażowego magazynu ciepła ............................................. 148

6.3.3 Obliczenia procesowe pilotażowego magazynu ciepła ............................................ 149

6.3.4 Symulacje dynamiczne pilotażowego magazynu ciepła .......................................... 166

6.3.5 Pilotażowa instalacja magazynowania ciepła  ........................................................... 170

6.4 Badania na pilotażowej instalacji magazynowania ciepła ................................................ 177

6.4.1 Wyznaczenie czasów rozładowania akumulatora przy różnych wartościach strumienia wody rozładowującej ................................................................... 178

6.4.2 Sprawdzenie stabilności parametrów pracy akumulatora w warunkach długotrwałego zasilania zmiennym strumieniem masy pary .......................................... 184

6.5 Weryfikacja wyników symulacji  .......................................................................................... 188

6.5.1 Symulacja pracy magazynu w stanie ustalonym  ...................................................... 188

6.5.2 Symulacja rozładowywania magazynu przy różnych wartościach strumienia wody  .................................................................................................................... 192 Podsumowanie ..................................................................................................................................... 199

Literatura  .............................................................................................................................................. 205

Załącznik A  .......................................................................................................................................... 219

Załącznik B ........................................................................................................................................... 227 Abstrakt ................................................................................................................................................. 230