Change search
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf
Numerical and experimental study of the fluid flow in porous medium in charging process of stratified thermal storage tank
KTH, School of Industrial Engineering and Management (ITM), Energy Technology, Applied Thermodynamics and Refrigeration.
2013 (English)Independent thesis Advanced level (degree of Master (Two Years)), 20 credits / 30 HE creditsStudent thesisAlternative title
Numerisk och experimentell studie av fluidströmning i porösa medier under laddning av stratifierad värmelagringstank (Swedish)
Abstract [en]

In order to increase the efficiency of an adsorption heat pump system, a stratified thermal heat storage can be used to enable regeneration of heat between the different phases of the process. It’s crucial to avoid mixing and to keep layers intact inside the storage tank. As mixing generally occurs during charging and discharging, the aim of this project is minimizing these effects by introducing porous media into the region of the inlet ports.

The impact of porous media on laminar and turbulent flow inside stratified thermal storage tanks is qualitatively and quantitatively investigated. Two thermal storage tanks are examined in which polyurethane foam is used as porous medium. Numerical results are compared with experimental results in order to study the effects of the porous medium and validating numerical models. For the quantitative investigation, equations describing flow in porous media are obtained and implemented into computational fluid dynamics (CFD) models. Simulations of storage tanks are performed by means of 2D-axisymmetric domain models. Tanks are investigated qualitatively using two methods; background oriented schlieren (BOS) and ink colored inlet water, in order to visualize flow and mixing inside tanks. Thermo elements are also used to measure temperatures at given locations.

Results from experimental- and numerical cases show how porous media influence stratification in a positive way. Flow visualizing experiments (using ink and BOS) showed decrease in thermocline thickness when using polyurethane foam. This could also be seen for the numerical cases. Experimental- and numerical investigations of the ability of porous media to damp turbulence intensity and kinetic energy, showed a positive effect.

Further improvements have to be done, adjusting numerical models to experimental results. Comparison between the numerical- and experimental results showed differences both in flow fields and temperature distributions.

Results indicate however, that porous media could play an increasing role in the development of stratified heat storages.

Abstract [sv]

Stratifierade värmelagringstankar kan användas för att öka effektiviteten hos adsorptionsvärmepumpsprocesser genom att möjliggöra regeneration av värme mellan faserna. För att dessa effektivt ska kunna användas är det viktigt att temperaturskikt hålls intakta inuti lagringstankarna och att omröring undviks. Då omröring oftast uppstår vid laddning och tömning av lagringstankarna är målet för det här projektet att minska denna effekt genom att använda porösa medier vid deras inlopp.

Porösa mediers inverkan på flöden och temperaturskikt inuti värmelagringstankar undersöks både kvalitativt och kvantitativt i det här projektet. Två tankar undersöks där polyuretanskum används som poröst medium. Numeriska resultat jämförs med experimentella för att undersöka effekterna av de porösa medierna, samt för att validera de numeriska modeller som används. Ekvationer som beskriver flödet genom porösa medier implementeras i CFD (computational fluid dynamics) modeller och lagringstankarna modelleras som 2D-axelsymmetriska domäner. Bakgrundsorienterad schlierenteknik (BOS) och färgning av inloppsvatten används för den kvalitativa undersökningen och termoelement används för att mäta temperaturer vid olika positioner.

Numeriska och experimentella resultat visar hur porösa medier har en positiv inverkan på temperaturskiktningen. Resultat från experiment då BOS teknik och färgning av vatten används visar en minskning av det termoklina skiktets tjocklek med en ökad polyuretanskumtjocklek. Detta kunde också ses för de numeriska fallen. Numeriska och experimentella resultat visar även att porösa medier har en positiv inverkan på dämpningen av turbulens och kinetisk energi.

Fortsatt arbete krävs för att anpassa numeriska modeller till experimentella data. Jämförelser mellan numeriska och experimentella resultat uppvisar skillnader både hos flödesfält samt hos temperaturfördelningar inuti tankarna. Resultaten visar dock att porösa medier skulle kunna spela en betydande roll för utvecklingen av stratifierade värmelagringstankar.

Place, publisher, year, edition, pages
2013.
Keywords [en]
heat storage, thermal storage, storage tank, stratified, stratification, porous media
Keywords [sv]
värmelagring, porösa medier
National Category
Energy Engineering
Identifiers
URN: urn:nbn:se:kth:diva-123498OAI: oai:DiVA.org:kth-123498DiVA, id: diva2:626772
External cooperation
Institute of Fluid Machinery, Karlsruhe Institute of Technology
Subject / course
Energy Technology
Educational program
Master of Science in Engineering - Mechanical Engineering
Supervisors
Examiners
Available from: 2013-06-14 Created: 2013-06-10 Last updated: 2013-06-14Bibliographically approved

Open Access in DiVA

Berg Anders EGI-2013-028MSC(4026 kB)8187 downloads
File information
File name FULLTEXT01.pdfFile size 4026 kBChecksum SHA-512
77a48148b56aa4ec6419e9d4305b7d1e2ea97a3dac9f201e7e09f8c34e0640c07c2e982d1c750e7fb363c09419a3602561efb0e6db88a26a1ef672d8255944f0
Type fulltextMimetype application/pdf

By organisation
Applied Thermodynamics and Refrigeration
Energy Engineering

Search outside of DiVA

GoogleGoogle Scholar
Total: 8187 downloads
The number of downloads is the sum of all downloads of full texts. It may include eg previous versions that are now no longer available

urn-nbn

Altmetric score

urn-nbn
Total: 1174 hits
CiteExportLink to record
Permanent link

Direct link
Cite
Citation style
  • apa
  • harvard1
  • ieee
  • modern-language-association-8th-edition
  • vancouver
  • Other style
More styles
Language
  • de-DE
  • en-GB
  • en-US
  • fi-FI
  • nn-NO
  • nn-NB
  • sv-SE
  • Other locale
More languages
Output format
  • html
  • text
  • asciidoc
  • rtf