Radiale Diffusoren beeinflussen signifikant die Qualität der thermischen Schichtung in Warmwasserspeichern. Um die Effizienz der Energiespeicherung zu verbessern, ist das Verständnis des komplexen Strömungsverhaltens notwendig.
Diese Arbeit liefert Grundlagen zur Beschreibung der auftretenden Effekte und stellt ein geeignetes CFD-Simulationsmodell vor. Als Untersuchungsobjekt dient eine neuartige Speicherkonstruktion, wobei der Radialdiffusor direkt an einer schwimmenden Decke montiert ist. Vorteile dieser Anordnung werden aufgezeigt, die auftretenden Strömungseffekte beschrieben sowie der Einfluss verschiedener Beladergeometrien auf die thermische Schichtung untersucht. Für das Entladen bis 98 °C bei Atmosphärendruck wurde ein strömungsoptimierter Freiformdiffusor entwickelt, um Kavitation beim Ansaugen zu vermeiden. Die Untersuchungen zeigen außerdem, dass bei der Beladung über dem Umfang des Radialdiffusors ein stark asymmetrisches und einseitig gerichtetes Ausströmen auftreten kann. Gegenmaßnahmen in Form von Leit- und Lochblechen stellen ein nahezu symmetrisches Ausströmen wieder her und verbessern damit die Schichtungsqualität. Neben umfangreichen numerischen Studien mit RANS und LES fanden zahlreiche Experimente im Labor und an einem 100 m³-Speicher statt. / Radial diffusers have a significant influence on the quality of thermal stratification in hot water
storage tanks. In order to improve the efficiency of energy storage, it is necessary to understand the
complex flow behaviour. This thesis provides a basis for describing the effects and introduces a CFD
simulation model. An innovative storage tank construction is used as the object of investigation,
whereby the radial diffuser is mounted directly to a floating ceiling. Advantages of this arrangement
are shown, flow effects are described and the influence of different loader geometries on the
thermal stratification is investigated. For discharging up to 98 °C at atmospheric pressure, a
flow-optimized free-form diffuser was developed to avoid cavitation inside the loading device. The
tests also show that a highly asymmetrical and unidirectional flow over the circumference of the
radial diffuser can occur during loading. Thanks to countermeasures like baffles and perforated
plates, an almost symmetrical outflow can be restored and the stratification quality improved. In
addition to numerical studies with RANS and LES, numerous experiments in the laboratory and
at a 100m3 store were performed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:DRESDEN/oai:qucosa:de:qucosa:21083 |
| Date | 19 April 2018 |
| Creators | Findeisen, Fabian |
| Contributors | Platzer, Bernd, Platzer, Bernd, Wozniak, Günter |
| Publisher | Technische Universität Chemnitz |
| Source Sets | Hochschulschriftenserver (HSSS) der SLUB Dresden |
| Language | German |
| Detected Language | English |
| Type | info:eu-repo/semantics/acceptedVersion, doc-type:doctoralThesis, info:eu-repo/semantics/doctoralThesis, doc-type:Text |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
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