Termodynamické procesy při akumulaci tepla ve vodních zásobnících

Ing. Petr Švarc, Ph.D.

Doctoral thesis

Thermodynamic Processes in Water Thermal Energy Storages

Abstract:

Tato práce shrnuje výsledky studia termodynamických procesů objevujících se při nabíjení a vybíjení vodních akumulačních zásobníků tepla. Obsahuje popis a posouzení různých způsobů ukládání tepelné energie a procesů vyskytujících se při přívodu a odvodu tepla z akumulačních zásobníků. Vyšetřování a posuzování dějů doprovázejících provoz zařízení bylo provedeno pomocí teoretických, numerických, ale i experimentálních metod. K teoretické studii byly použity základní zákony přenosu tepla a hmoty a znalosti termodynamiky. Byla aplikována teorie podobnosti pro studium dějů, ke kterým dochází při nabíjení a vybíjení vodních akumulačních zásobníků tepla, a pro studium přestupu tepla z horizontálně uloženého válce ve vodním prostředí. Pro numerické vyšetřování byly použity shodné fyzikální modely, byly definovány materiálové vlastnosti, okrajové a počáteční podmínky analogické se současně prováděnými experimenty. Získané výsledky byly porovnávány s výsledky ostatních autorů zabývajících se obdobnou tématikou. Pomocí provedených rozborů byly zkoumané děje identifikovány a kvantitativně a kvalitativně zhodnoceny.

Abstract:

This work summarizes results of studies of thermodynamic processes, which occur during charging and discharging of the water thermal energy storages. It contains description and assessment of different ways to store thermal energy, and processes occurring during charging and discharging of storage tanks. Investigation and assessment of processes accompanying the operation were performed by using theoretical, numerical, and experimental methods. For the theoretical study were used basic laws of the heat and mass transfer, and knowledge of thermodynamics. The dimensional analysis was used for study of the processes which occur during charging and discharging of the water thermal energy storages and during heat transfer from surface of a horizontal cylinder in the water. Identical physical models of a fluid flow were used for numerical investigation of different material properties, which were defined, initial boundary conditions, and analogous conditions were implemented simultaneously to the experiments. The results obtained by the investigations were compared to the results of other authors dealing with similar issues. Consequently, all the studied processes were identified, and quantitatively and qualitatively evaluated on the bases of performed analyses.

Keywords

Akumulační, zásobník, Přirozená, konvekce, Nabíjení, Vybíjení, Stratifikace, Termoklina, Ukazatele, výkonu, Výměník

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 30. 11. 2016

Thesis defence

• Date of defence: 21. 4. 2017
• Supervisor: doc. Ing. Václav Dvořák, Ph.D.

Technical University of Liberec

Faculty of Mechanical Engineering

Doctoral programme / field:
Mechanical Engineering / Applied Mechanics