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Thermische Energiespeicher: Wärmespeicherung in Kugelschüttungen. Numerische Simulation der Stromungs-, Warmetransport- und Entstaubungsvorgänge

  • Festbettspeicher bieten die Möglichkeit, thermische Energie auf einem hohen Temperaturniveau zu speichern. Die oft kugelförmigen Schüttgüter bestehen aus Materialien hoher Dichte und Wärmekapazität. Neben der Wärmespeicherung können mithilfe dieser Schüttungen partikelbeladene Abgase entstaubt werden. Die Strömungs-, Wärmetransport- und Entstaubungsvorgänge bei der Speicherung von Wärme in einem Schüttschichtwärmeübertrager werden in Zusammenarbeit mit Fraunhofer Umsicht, Institutsteil Sulzbach-Rosenberg, untersucht. Einen entscheidenden Aspekt der Arbeiten stellt die numerische Simulation der im Wärmeübertrager ablaufenden Vorgänge dar. Die transiente Simulation von Schüttschichtwärmeübertragern ist nur mit Vereinfachungen möglich, da aufgrund der komplexen Geometrie und der daraus folgenden feinen Vernetzung eine enorme Rechenleistung benötigt wird. Bei den in diesem Beitrag vorgestellten Ergebnissen werden die physikalischen Vorgange in einem Ausschnitt der Schüttschicht simuliert, in dem die Kugelgeometrie detailliert modelliert ist. Die Ergebnisse der numerischen Simulation werden durch analytische Berechnungen aus der Literatur bestätigt. Eine Reihe von Parametervariationen zeigen die Einflüsse verschiedener Größen beispielsweise auf den Druckverlust sowie den Unterschied zwischen radialer und axialer Durchströmung einer Schüttschicht. Die Entstaubung partikelbeladener Gase innerhalb einer Schüttschicht wird zunächst anhand einer Einzelkugel untersucht; die Erweiterung auf die Entstaubung in einer Kugelpackung ist vorgesehen. Die Ergebnisse der numerischen Simulationen sollen mit den an einem Versuchsstand experimentell bestimmten Daten verglichen werden.

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Metadaten
Author:Lena Ebner, Michael Elsner
Parent Title (German):BWK. Das Energie-Fachmagazin
Publisher:VDI-Verlag
Document Type:Article
Language:German
Year of first Publication:2014
Release Date:2022/11/24
Tag:Abgas; Druckverlust; Durchströmung; Entstaubung; Festbett; Kugelschüttung; Rechenleistung; Schüttgut; Wärmekapazität; Wärmespeicherung; Wärmetransport; Wärmeübertrager; hohe Dichte; numerische Simulation; thermische Energie
Volume:66
Issue:9
First Page:40
Last Page:43
Institutes:Fakultät Maschinenbau
research focus:Energie und Mobilität
Licence (German):Keine Lizenz - Es gilt das deutsche Urheberrecht: § 53 UrhG