Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Development of a numerical model of thermal energy storage unit made of gypsum-PCM composite

Magdalena Sobolewska

Abstract

The objective of a diploma thesis was to develop convective heat transfer coefficients which would be subsequently used to solve flow of air in channel made of phase change material (PCM) using UDF written by Supervisor of the thesis. The aim of a duct is to minimize fluctuations in temperature during day and night. The PCM would accumulate energy during day and subsequently release it during the night, when air temperature reaches the lowest value. In order to determine heat transfer coefficient often correlations are used. However it may give insufficient accuracy, hence need for other means such as Reynolds analogy. It provides the coefficient based on knowledge of skin friction coefficient which can be specified using Fluent software. For this purpose a channel was designed in Ansys. In order to achieve good numerical performance of turbulent flow, mesh had to be done in such a way to ensure both, fast computation and good accuracy. It required for example a very fine mesh near the corners. Also in order to mimic real physical behavior, an inlet velocity profile was prepared in shorter version of a duct. After simulation was completed, heat transfer coefficient was determined in each mesh element of surface of a channel as well as average value. The former was needed for validation of Reynolds analogy. Subsequently value of coefficient was determined for each cross section of a channel. Three different methods of averaging were used for this purpose. A final comparison and analysis of temperature at the end of channel in each method was also made. The comparison shows that even though temperature fluctuations are significantly limited, the maximum and minimum value differs by several degrees. This suggests that some more effort has to be putted in order to make this PCM a suitable tool for ventilation.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Magdalena Sobolewska (FPAE) Magdalena Sobolewska,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Rozwinięcie numerycznego modelu jednostki magazynującej ciepło wykonanej z kompozytu gipsu i PCM
Supervisor
Piotr Łapka (FPAE/IHE) Piotr Łapka,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)
Study subject / specialization
, Energetyka (Power Engineering)
Language
(en) English
Status
Finished
Defense Date
03-11-2016
Issue date (year)
2016
Pages
32
Internal identifier
MEL; PD-3880
Reviewers
Piotr Łapka (FPAE/IHE) Piotr Łapka,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Maciej Jaworski (FPAE/IHE) Maciej Jaworski,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
konwekcja wymuszona, PCM, analogia Reynoldsa, symulacja przepływu
Keywords in English
forced convection, PCM, Reynolds analogy, flow simulation
Abstract in Polish
Celem pracy dyplomowej było wyznaczenie współczynników przejmowania ciepła, które następnie miały być wykorzystane do wyznaczenia przepływu powietrza w kanale zbudowanym z kompozytu gipsu i materiału zmiennofazowego (PCM) za pomocą istniejącego już pliku UDF. Zadaniem kanału jest wentylacja powietrza – dzięki właściwościom PCM możliwe jest magazynowanie energii w procesie topnienia, która następnie może być oddana w trakcie krzepnięcia. Rozwiązanie to może pomóc w ograniczeniu fluktuacji temperatury w pomieszczeniach w trakcie cyklu dzień/noc. Wyznaczenie współczynników przejmowania ciepła na podstawie dostępnych korelacji nie zawsze jest wystarczająco dokładne, stąd potrzeba wykorzystania innych metod takich jak analogia Reynoldsa. Pozwala ona otrzymać wyżej wymienione współczynniki na podstawie znajomości współczynników tarcia, które można uzyskać z symulacji w programie Fluent. W tym celu wykonano model kanału w pakiecie Ansys. Biorąc pod uwagę turbulentny charakter przepływu, aby uzyskać zbieżność obliczeń należało wykonań siatkę, która miała zapewnić szybkość obliczeń oraz ich zadowalającą poprawność jednocześnie. Wymagało to między innymi dużego zagęszczenia siatki w załamaniu kanału, rozrzedzenia w pozostałych częściach. Dla lepszego odzwierciedlenia zjawiska fizycznego został przygotowany krótszy kanał o identycznej siatce, za pomocą którego wyznaczono wejściowy profil prędkości. Po uzyskaniu danych z symulacji możliwe było wyznaczenie współczynników przejmowania ciepła w każdym elemencie siatki powierzchni kanału oraz wartości średniej. Ta ostatnia posłużyła weryfikacji użytej analogii Reynoldsa. Następnie obliczono współczynniki dla poprzecznych przekrojów kanału oraz dokonano interpolacji danych w celu dopasowania do istniejącego już modelu jednowymiarowego. W tym celu użyto trzech różnych metod uśredniania. Ostatecznie dokonano analizy porównawczej otrzymanego zbioru rozkładów temperatur na końcu kanału wraz z poprzednimi wynikami otrzymanymi na podstawie korelacji. Wyniki pokazują, że o ile użyty materiał zmiennofazowy jest w stanie złagodzić zmiany temperatur, to wciąż są one znaczące i może to być niewystarczający sposób na wentylację pomieszczenia.
File
  • File: 1
    thesis_apd.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 14288

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT7f3c763a30324520bf2e85cd8236a968/
URN
urn:pw-repo:WUT7f3c763a30324520bf2e85cd8236a968

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page