Математическое моделирование фазовых превращений в накопителях энергии цилиндрического типа

1 / 14

УДК 536.421.1; 51-74
МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФАЗОВЫХ ПРЕВРАЩЕНИЙ
В НАКОПИТЕЛЯХ ЭНЕРГИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТИПА
А.К. Косакян , Г.Н. Кувыркин
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
e-mail:
Приведены краткие сведения о накопителях энергии цилиндрического типа с
фазовым переходом. Рассмотрены одномерные однофазная и двухфазная зада-
чи плавления как математические модели фазовых превращений в накопителях
тепловой энергии. Даны рекомендации по использованию различных соотноше-
ний для определения коэффициента теплопередачи между теплоносителем и
наполнителем через стенку тепловой трубки в отдельных частных случаях
ламинарного и турбулентного течения теплоносителя. Рассмотрена и обо-
снована возможность применения подхода, аналогичного решению Неймана
для задачи Стефана в прямоугольной системе координат, при проведении рас-
четов однофазной модели плавления наполнителя. Приведено оценочное время
фазовых превращений в накопителе, в котором в качестве наполнителя при-
меняется парафин, а в качестве теплоносителя — вода. Проиллюстрированы
зависимости положения границы раздела фаз от времени и распределения тем-
пературы жидкой фазы наполнителя от радиальной координаты и времени.
Ключевые слова: накопитель энергии, фазовый переход, утилизация (рекупера-
ция) теплоты, теплопередача в трубах.
MATHEMATICAL MODELING OF PHASE CHANGES PROCESSES
IN CYLINDRICAL ENERGY STORAGES
A.K. Kosakian , G.N. Kuvyrkin
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
e-mail:
The paper covers a brief overview on cylindrical energy storages with phase change.
One-dimensional one-phase and two-phase problems of melting are considered as
mathematical models of phase changes in heat storages. Recommendations on use of
different ratios for determining heat transfer coefficient between heat transfer fluid
and filler through the wall of the heat pipe are given for some particular cases of
laminar and turbulent flow of heat transfer fluid. For calculations of one-phase model
of melting filler the authors considered and justified possibility of using an approach
similar to the Neumann solution for Stefan problem in rectangular coordinate system.
Estimated time of phase change is given for the storage in which paraffin as filler and
water as heat transfer fluid. Dependence for the position of liquid-solid interfaces
from time and temperature distribution of filler liquid phase from radial coordinate
have been illustrated.
Keywords: energy storage, phase change, heat utilization, heat recuperation, heat
transfer in pipes.
В последнее время вопросу экологичности производства уделяет-
ся все больше внимания. С каждым годом увеличивается число на-
учных исследований, направленных на повышение КПД существую-
щих технологий и создание новых технологий, обладающих повы-
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2015. № 1 99