Sıcak Su Tanklarında Yalıtım Kalınlığının Isıl Katmanlaşmaya Etkisi

Isıl enerji depolama amacı ile kullanılan sıcak su tanklarının veriminin artırılmasında ele alınması gereken önemli etkenlerden bir tanesi ısıl katmanlaşmadır. Tank tabanındaki suyun sıcaklığının düşürülmesi suyun ısıtılması sırasında ısı kaynağının enerjisinden daha fazla faydalanılmasını sağlamakta ve sistemin verimini artırmaktadır. Bu çalışmada tank dış yüzeyindeki yalıtım kalınlığının ve tank çapının tank boyuna oranının (D/H) ısıl katmanlaşmaya olan etkisi sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal analizler D/H=0,3-1 aralığında yalıtım kalınlığının sabit ve değişken olması koşulları için gerçekleştirilmiştir. Isı depolama akışkanı olarak su kullanılmış ve analiz sonuçları sekiz saatlik soğuma periyodu için elde edilmiştir. Sayısal sonuçlar yalıtım kalınlığının değiştirilmesi ile birlikte D/H=0,3-1 aralığındaki oranlar için tank alt ve üst yüzeylerindeki sıcaklık farkının 7-9°C arasında arttığını göstermiştir

Effect of Insulation Thickness on Thermal Stratification in Hot Water Tanks Abstract

One of the important factors to be considered in increasing the efficiency of hot water storage tanks used for thermal energy storage is thermal stratification. Reducing the temperature of the water at the base of the tank provides more utilization of the energy of the heat source during the heating of the water and improves the efficiency of the system. In this study, the effect of the insulation thickness on the outer surface of the tank and the ratio of the tank diameter to the height (D/H) on the thermal stratification was investigated numerically. Numerical analyzes were carried out for the condition that the insulation thickness was constant and variable in the range of D/H=0,3-1. Water was used as the heat storage fluid and the analysis results were obtained for eight hours cooling period. Numerical results showed that the temperature difference between the bottom and top surfaces of the tank increased between 7-9 ° C for the range of D / H = 0,3-1 with changing the insulation thickness

PDF

___

[1] Y. M. Han, R. Z. Wang, and Y. J. Dai, “Thermal stratification within the water tank,” Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2009.
[2] D. Erdemir and N. Altuntop, “Improved thermal stratification with obstacles placed inside the vertical mantled hot water tanks,” Appl. Therm. Eng., vol. 100, pp. 20–29, 2016.
[3] E. García-Marí, M. Gasque, R. P. Gutiérrez-Colomer, F. Ibáñez, and P. GonzálezAltozano, “A new inlet device that enhances thermal stratification during charging in a hot water storage tank,” Appl. Therm. Eng., vol. 61, no. 2, pp. 663–669, 2013.
[4] N. Altuntop, M. Arslan, V. Ozceyhan, and M. Kanoglu, “Effect of obstacles on thermal stratification in hot water storage tanks,” Appl. Therm. Eng., vol. 25, no. 14, pp. 2285– 2298, 2005.
[5] A. Bouhdjar and A. Harhad, “Numerical analysis of transient mixed convection flow in storage tank: influence of fluid properties and aspect ratios on stratification,” Renew. Energy, vol. 25, no. 4, pp. 555–567, 2002.
[6] D. Erdemir and N. Altuntop, “Improved thermal stratification with obstacles placed inside the vertical mantled hot water tanks,” Appl. Therm. Eng., vol. 100, pp. 20–29, 2016.
[7] Z. Yang, H. Chen, L. Wang, Y. Sheng, and Y. Wang, “Comparative study of the influences of different water tank shapes on thermal energy storage capacity and thermal stratification,” Renew. Energy, vol. 85, pp. 31–44, 2016.
[8] E. Kaloudis, D. G. E. Grigoriadis, E. Papanicolaou, and T. Panidis, “Large eddy simulations of turbulent mixed convection in the charging of a rectangular thermal storage tank,” Int. J. Heat Fluid Flow, vol. 44, pp. 776–791, 2013.
[9] J. D. Chung, S. H. Cho, C. S. Tae, and H. Yoo, “The effect of diffuser configuration on thermal stratification in a rectangular storage tank,” Renew. Energy, vol. 33, no. 10, pp. 2236–2245, 2008.
[10] ANSYS, “ANSYS Fluent Theory Guide,” vol. 15317, no. November, p. 514, 2013.
[11] Sparrow, E. M., and Gregg, J. L. (1956). Laminar free convection from a vertical plate with uniform surface heat flux. Trans. ASME, 78(1), 435-440.
[12] Papanicolaou, E., and Belessiotis, V. (2002). Transient natural convection in a cylindrical enclosure at high Rayleigh numbers. International Journal of Heat and Mass Transfer, 45(7), 1425-1444.
[13] Vliet, G. C., and Liu, C. K. (1969). An experimental study of turbulent natural convection boundary layers. Journal of Heat Transfer, 91(4), 517-531.
[14] Bejan, A., and Lage, J. L. (1990). The Prandtl number effect on the transition in natural convection along a vertical surface. J. Heat Transfer, 112(3), 787-790.
[15] Kang, K. U., & Chung, B. J. (2010). The effects of the anode size and position on the limiting currents of natural convection mass transfer experiments in a vertical pipe. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B, 34(1), 1-8.
[16] Kang, G. U., & Chung, B. J. (2010). The experimental study on transition criteria of natural convection inside a vertical pipe. International communications in heat and mass transfer, 37(8), 1057-1063