Численный анализ влияния геометрии боковых стенок на эффективность тепловых аккумуляторов на основе гранулированных материалов с фазовыми переходами

Настоящая работа посвящена численному исследованию процессов в накопителях тепловой энергии на основе гранулированных материалов с фазовыми переходами. Изучается связь конфигурации боковых стенок таких тепловых аккумуляторов с эффективностью их работы при плоскопараллельных течениях газового теплоносителя. Форма аккумулятора энергии влияет как на течение теплоносителя в нем, так и на теплообмен, накопление и утилизацию тепла. С использованием оригинальной численной модели рассматривается влияние сужения и расширения боковых стенок на процессы зарядки и разрядки тепловых аккумуляторов с прямоугольным поперечным сечением при двух типах граничных условий: известном массовом расходе газа на входе в объект и известном перепаде давления газа на его открытых границах, для разных температур плавления теплоаккумулирующего материала. Для оценки оптимальности формы теплового аккумулятора служат разные критерии эффективности. Для процесса зарядки критериями являются максимальный коэффициент мгновенной эффективности накопления, максимальный коэффициент суммарной эффективности накопления и минимальное время полной зарядки устройства. При разрядке критериями служат максимальные значения коэффициента эффективности извлечения энергии, общего коэффициента утилизации и времени поддержания температуры теплоносителя на выходе не ниже заданной. Показано, что выбор предпочтительной формы аккумулятора зависит от применяемого критерия эффективности и конкретных условий процесса: граничных условий, температуры фазового перехода материала и других. Тепловые аккумуляторы с сужающейся или расширяющейся конфигурацией имеют преимущество в редких случаях, чаще предпочтительными оказываются аккумуляторы с прямыми боковыми стенками.