Advertisement

Hydrodynamische Prozesse in einem einfachen Schichtenlader für thermische Energiespeicher: Teil 2 – Einfluss auf Ausströmverhalten und thermische Schichtung im Speicher sowie Variation der Beladergeometrie

  • Marcus BuhlEmail author
  • Jonathan Rausendorf
  • Bernd Platzer
Originalarbeiten/Originals
  • 14 Downloads

Zusammenfassung

Auswirkungen des im ersten Teil identifizierten oszillierenden Dichtesprungs in einem einfachen Schichtenlader auf die Schichtungsqualität eines Warmwasserspeichers sind bisher nicht erforscht. Eine detaillierte Untersuchung des dadurch ebenfalls fluktuierend ausströmenden Beladefluids lässt jedoch einen relativ geringen Einfluss auf die thermische Schichtung erkennen. Modifikationen am Schichtenlader verdeutlichen eine starke Abhängigkeit der Eindringdynamik des Dichtesprungs von der geometrischen Gestalt des Schichtenladers.

Abkürzungen

Ar [–]

Archimedes-Zahl

a [Pa]

Schwankungsamplitude des Druckverlustes

c1, c2 [–]

Koeffizienten für Druckverlustberechnung

cW [J/(kgK)]

spezifische Wärmekapazität des Wassers

d [m]

Durchmesser

eDS [mm/s]

Eindringgeschwindigkeit des Dichtesprungs

f [Hz]

Frequenz

ζ [–]

Druckverlustbeiwert

g [m/s2]

Erdbeschleunigung

gradh* [m−1]

Gradient des normierten spezifischen Enthalpieverlaufs

H [J]

Enthalpie

hi [J/kg]

spezifische Enthalpie einer Schicht

hi* [–]

normierte spezifische Enthalpie einer Schicht

k [mm]

Rohrrauheit

l [m]

Länge

\(\dot{m}\) [kg/h]

Massenstrom

pv [Pa]

Druckverlust

r [m]

Radius

T [K]

Temperatur

T [K]

Umgebungstemperatur

T0 [K]

Anfangstemperatur des Strahls

t [s]

Zeit

Tu [–]

Turbulenzgrad

U [m/s]

Geschwindigkeit

U0 [m/s]

Anfangsgeschwindigkeit des Strahls

u [m/s]

Geschwindigkeitskomponente in x-Richtung

V [m3]

Volumen

v [m/s]

Geschwindigkeitskomponente in y-Richtung

α [°]

Winkel der Horizontalen gegenüber der Mittellinie des Auslassstutzens

β [°]

Krümmungswinkel des Rohrbogens

γ [K−1]

Raumausdehnungskoeffizient

ϑ [°C]

Temperatur

θrel [–]

relative spezifische Enthalpieabweichung

λ [–]

Rohrreibungswert

ρ [kg/m3]

Dichte

η [Pas]

dynamische Viskosität

x [m]

Speicherbreite

y [m]

Speicherhöhe

Indizes

As

Auslassstutzen

Be

Belader

Bf

Beladefluid

ges

Gesamtvolumen

K

Krümmung

max

maximal

min

minimal

nutz

nutzbar

oG

oberere Grenzwert

Pfr

Pfropfenprofil

Ref

Referenz

S

Siedetemperatur

Sch

Schicht

Sp

Speicherfluid

uG

unterere Grenzwert

Üz

Übergangszone

wZ

warme Zone

Hydrodynamic processes in a simple stratification device for thermal energy storages: Part 2—Influence on the outflow and thermal stratification in the storage tank and variation of the stratification device

Abstract

Oscillating density gradient in stratification devices identified in the first part. Effects on the stratification quality of hot water stores are not yet known. A detailed examination of the resulting fluctuating outflowing hot water shows an influence on the thermal stratification. Modifications to the stratification device illustrate a strong dependence of the dynamics of the density gradient on geometric parameters.

Literatur

  1. 1.
    Buhl M, Rausendorf J, Platzer B (2018) Hydrodynamische Prozesse in einem einfachen Schichtenlader für thermische Energiespeicher: Teil 1 – Grundlagen und Methodik der Untersuchungen. Forsch Ingenieurwes.  https://doi.org/10.1007/s10010-017-0261-x Google Scholar
  2. 2.
    Rietschel H, Esdorn H (2008) Raumklimatechnik. Springer, MünchenCrossRefGoogle Scholar
  3. 3.
    Larson M, Jönsson L (1994) Mixing in a two-layer stably stratified fluid by a turbulent jet. J Hydraul Res 32(2):271–289CrossRefGoogle Scholar
  4. 4.
    Göppert S, Lohse R, Urbaneck T, Schirmer U, Bühl J, Nilius A, Platzer B (2009) Forschungsbericht – Solarthermie 2000plus – Weiterentwicklung und Optimierung von Be- und Entladeeinrichtungen für Tank- und ErdbeckenspeicherGoogle Scholar
  5. 5.
    Urbaneck T, Möller H, Kressner T, Platzer B (2009) Kaltwasserspeicher mit radialen Diffusoren, Teil 2a: Schichtungsaufbau im Nahfeld – Grundlagen, Physik, Simulation. Heiz Lüftung Klima Haustech 60(6):32–36Google Scholar
  6. 6.
    Urbaneck T, Möller H, Kressner T, Platzer B (2009) Kaltwasserspeicher mit radialen Diffusoren, Teil 2b: Schichtungsaufbau im Nahfeld – Parametervariation und Bewertung. Heiz Lüftung Klima Haustech 60(7/8):36–41Google Scholar
  7. 7.
    Kraft G (1977) Lehrbuch der Heizungs‑, Lüftungs- und Klimatechnik (Band 2). Theodor Steinkopff, DresdenGoogle Scholar
  8. 8.
    Gersten K, Schilawa S, Schulz-Hausmann FK (1980) Nichtisotherme ebene Freistrahlen unter Schwerkrafteinfluß. Wärme Stoffübertragung 13:146–162.  https://doi.org/10.1007/BF01433442 CrossRefGoogle Scholar
  9. 9.
    Urbaneck T, Held A, Platzer B (2011) Kaltwasserspeicher mit Rohrdiffusoren, Teil 3b: Einfluss der Betriebs- und Geometrieparameter. Heiz Lüftung Klima Haustech 62(4):31–37Google Scholar
  10. 10.
    Franke W, Platzer B (2014) Rohrleitungen Grundlagen-Planung-Montage. Fachbuchverlag Leipzig, MünchenGoogle Scholar
  11. 11.
    Schultheis P, Gros M, Moser P (2001) Schichtpufferspeicher mit selbstregelndem Wärmetauscher und Schichtbeladeeinrichtung. Patent DE10000352A1Google Scholar
  12. 12.
    Lohse R, Platzer B, Urbaneck T, Schirmer U, Göppert S, Rauh H (2006) Optimierung von Be- und Entladesystemen mittels CFD. In: Fraunhofer SOBIC (Hrsg) Tagungsband – Thermische Energiespeicherung: Statusseminar. Projekträger Jülich (PTJ), S 79–85Google Scholar
  13. 13.
    Göppert S, Lohse R, Platzer B, Schirmer U, Urbaneck T (2009) Schichtenbeladeeinrichtung mit mehreren über der Höhe verteilten Auslässen. Patent DE102007056720B3Google Scholar
  14. 14.
    Schlichting H, Gersten K (2006) Grenzschicht-Theorie. Springer, BerlinzbMATHGoogle Scholar
  15. 15.
    Urbaneck T (2012) Kältespeicher – Grundlagen, Technik, Anwendung. Oldenbourg, MünchenCrossRefGoogle Scholar
  16. 16.
    Gesellschaft VDI (2013) VDI Wärmeatlas. Springer Vieweg, Berlin HeidelbergGoogle Scholar

Copyright information

© Springer-Verlag GmbH Deutschland, ein Teil von Springer Nature 2019

Authors and Affiliations

  1. 1.Professur Technische ThermodynamikTechnische Universität ChemnitzChemnitzDeutschland

Personalised recommendations