Trong nghiên cứu này, mô hình số một chiều dựa trên phương pháp FVM được phát triển để nghiên cứu sự phân tầng nhiệt của nước trong tank có kể đến ảnh hưởng của sự hòa trộn của dòng chất lỏng vào bình. Mô hình được áp dụng để mô phỏng sự phân bố nhiệt độ cho cả tank chứa qui mô nhỏ và lớn.
Huỳnh Ngọc Hùng, Phạm Duy Vũ 12 MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TANK TRỮ NHIỆT DƯỚI DẠNG PHÂN TẦNG NHIỆT DÙNG PHƯƠNG PHÁP THỂ TÍCH HỮU HẠN A SIMULATION MODEL OF STRATIFIED THERMAL STORAGE TANK USING FINITE VOLUME METHOD Huỳnh Ngọc Hùng*, Phạm Duy Vũ Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng1 *Tác giả liên hệ: hnhung@dut.udn.vn (Nhận bài: 06/7/2022; Chấp nhận đăng: 26/8/2022) Tóm tắt - Mơ hình số chiều thiết lập để nghiên cứu phân bố nhiệt độ tank tích trữ nhiệt dạng nhiệt dựa phương pháp thể tích hữu hạn Ảnh hưởng hịa trộn nước đầu vào ống phân phối kể đến mơ hình Mơ hình số áp dụng để khảo sát phân bố nhiệt độ cho tank tích trữ có qui mơ thể tích khác từ nghiên cứu công bố: 0,1m3 2000m3 Kết phân bố nhiệt độ xác định từ mô hình số so sánh với liệu đo đạt từ thực nghiệm Việc kiểm chứng cho thấy, mơ hình cho kết đáng tin cậy, kết mô sai khác không lớn với liệu thực nghiệm Mơ hình phát triển báo áp dụng để nghiên cứu tối ưu tank trữ nhiệt đặc biệt tank tích lớn mà việc áp dụng mơ hình hai ba chiều đòi hỏi lớn tài nguyên máy tính Abstract - A one-dimension numerical model is developed to study the temperature distribution in the sensible heat storage tank using the Finite volume method The effect of the water mixing at inlet diffuser is also included in the model The model is applied to investigate the temperature profile in the two tanks having different volume scales, 0.1m3 and 2000m3, from literature being published The temperature-distribution results are compared with experimental data The validations of the model show that, the model give the reliable results The simulation results are not much different from the experimental data The model developed in this paper can be applied to optimally study heat storage tanks, especially large volume tanks, which the application of two- or threedimensional models require a lot of computer resources Từ khóa - Tích trữ nhiệt; phân tầng nhiệt; phương pháp thể tích hữu hạn (FVM); phân bố nhiệt độ; tích trữ nhiệt Key words - Thermal storage; heat stratification; Finite Volume Method (FVM); temperature distribution; sensible heat storage Đặt vấn đề Tích trữ lượng dạng nhiệt ứng dụng rộng rãi thực tế trữ lạnh hệ thống điều hịa khơng khí, trữ nhiệt hệ thống thu lượng mặt trời, chu trình kết hợp nhiệt – điện, bơm nhiệt hệ thống khác Trong hệ thống điều hịa khơng khí làm mát nước (water chiller), lạnh tích trữ thấp điểm, thường vào ban đêm, sử dụng cao điểm Việc giúp tránh tải lưới điện cao điểm tiết kiệm chi phí vận hành Ngồi ra, hệ thống hoạt động vào ban đêm hiệu suất hệ thống cao Trong hệ thống thu lượng mặt trời, lượng nhiệt tích trữ vào ban ngày dùng cho ban đêm Với việc tích trữ lượng dạng nhiệt khoảng nhiệt độ thấp, nước sử dụng phổ biến có khối lượng riêng nhiệt dung riêng cao, sẵn có, chi phí thấp an tồn với mơi trường [1] Hệ thống tích trữ lượng dạng nhiệt dùng nước sử dụng bình tích trữ dựa phân tầng nhiệt độ sử dụng rộng rãi hệ thống đơn giản, giảm không gian lắp đặt, dễ vận hành bảo dưỡng giúp giảm chi phí đầu tư so với hệ thống tích trữ nhiệt bình riêng biệt [2] Với hệ thống tích trữ lượng sử dụng bình chứa, nước nóng nước lạnh chứa vào bình, khơng có vách ngăn cách Nước nóng vào đỉnh bình nước lạnh lấy đáy bình phân tầng nước bình hình thành nhờ lực nâng có chênh lệch nhiệt độ Có bốn nguyên nhân góp phần làm tổn thất suy giảm hiệu làm việc tank tích trữ [1, 3, 4, 5]: (i) Nhiệt thất mơi trường xung quanh; (ii) Khuếch tán nhiệt từ lớp nước nóng sang lớp nước lạnh; (iii) Dẫn nhiệt vỏ bình với tổn thất tạo dòng đối lưu khối chất lỏng; (iv) Q trình hịa trộn xảy đầu ống phân phối nước vào bình chu kỳ nạp xả Các nghiên cứu liên quan đến phân tầng nhiệt độ tập trung vào xác định nguyên nhân gây phá vỡ phân tầng đề cập từ tìm giải pháp để nâng cao hiệu tank tích trữ Phương pháp giải tích hay cịn gọi phương pháp xác phát triển để nghiên cứu tank tích trữ tìm thấy số nghiên cứu [6, 7, 8] Phương pháp thường dựa số giả thiết để toán trở nên đơn giản [2] Mặc dù vậy, đặc điểm tốn tank tích trữ tốn khơng ổn định tính chất nhiệt phức tạp nên phương pháp xác trở nên phức tạp mơ hình chiều Chính vậy, hầu hết nghiên cứu liên quan đến phân tầng thường dựa vào phương pháp thực nghiệm phương pháp số phương pháp giải tích [1, 3] Các nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu tập trung vào phân tích phân bố nhiệt độ nước tank kể đến ảnh hưởng loại đầu phân phối nước khác vào bình Nghiên cứu thực nghiệm thực chủ yếu với tank tích trữ tích nhỏ dùng để kiểm chứng mơ hình mơ lý thuyết [9, 10] Với phương pháp số, phương pháp sai phân hữu hạn (FDM) cho toán chiều áp dụng rộng rãi Với phát triển máy tính, nhiều phần mềm thương mại The University of Danang - University of Science and Technology (Huynh Ngoc Hung, Pham Duy Vu) ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 10.2, 2022 Mơ hình tốn xây dựng mơ hình mơ số 2.1 Mơ hình tốn cho tank tích trữ nhiệt Mơ hình chiều cho việc nghiên cứu tank tích trữ đơn giản dựa số giả thiết: 1) Bỏ qua tổn nhiệt từ tank môi trường Thường tank cách nhiệt tốt lượng nhiệt tổn thất khơng đáng kể; 2) Bỏ qua ảnh hưởng dẫn nhiệt vỏ tank; 3) Nhiệt độ môi chất đầu vào tank khơng đổi Mơ hình tốn học tank tích trữ xây dựng dựa toán chiều kể đến ảnh hưởng phương thức trao đổi nhiệt dẫn nhiệt đối lưu Dẫn nhiệt xuất chênh lệch nhiệt độ nước nóng nước lạnh đối lưu chuyển động nước tank Miền hình học mơ hình thể thể Hình Tank có đường kính D chiều cao L Theo phương pháp FVM, tank trụ chia thành n phần tử theo chiều cao tank đánh số ÷ 𝑛 tương ứng với nhiệt độ tâm phần tử T1 Tn m, T in x=0 x T1 - T i-1/2 x dx khí động lực học tính tốn dựa phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) thể tích hữu hạn (FVM) COMSOL, ANSYS Fluent áp dụng để nghiên cứu tối ưu tank tích trữ [11, 12, 13] Mơ hình mơ ba chiều có khả mô tả đầy đủ yếu tố ảnh hưởng đến hiệu làm việc tank tích trữ Tuy nhiên, với việc lựa chọn mơ hình để mơ hệ thống tích trữ lớn khơng phù hợp u cầu tài ngun máy tính lớn áp dụng mơ hình hai chiều Lúc này, mơ hình mơ chiều lựa chọn phù hợp cho dù độ xác thấp Mơ hình chiều lựa chọn số phần mềm thương mại dùng cho việc mô thay đổi nhiệt độ tank tích trữ TRNSYS (Transient System Simulation Tool) Độ xác mơ hình chiều cải thiện việc dùng hệ số hiệu chỉnh kể đến yếu tố ảnh hưởng Ngồi ra, mơ hình chiều phù hợp cho mô tank trữ thiết kế tối ưu tank tích trữ tối ưu thường có dịng chuyển động mơi chất chủ yếu chiều [10] Các mơ hình số chiều dựa phương pháp FDM xây dựng để nghiên cứu phân tầng nhiệt đô cho tank trữ nhỏ tìm thấy nghiên cứu [12, 14, 15] Áp dụng mơ hình chiều vào tank tích trữ có kích thước lớn thực Joko Waluyo [16] Ở nghiên cứu này, mơ hình chiều xây dựng dựa phương pháp FDM với sai phân thời gian theo phương pháp tường minh (explicit scheme) có kể đến dẫn nhiệt vỏ tank, dẫn nhiệt chất lỏng ảnh hưởng hòa trộn từ ống phân phối nước vào bình Mơ hình áp dụng mơ tank lạnh tích 5400m3 cho kết phân bố nhiệt độ phù hợp với liệu đo từ vận hành thực tế Trong nghiên cứu này, mơ hình số chiều dựa phương pháp FVM phát triển để nghiên cứu phân tầng nhiệt nước tank có kể đến ảnh hưởng hịa trộn dịng chất lỏng vào bình Mơ hình áp dụng để mô phân bố nhiệt độ cho tank chứa qui mô nhỏ lớn Kết mơ hình so sánh với kết nghiên cứu thực nghiệm công bố từ nghiên cứu [17, 18] 13 x Ti - T i+1/2 x x+dx Tn x=L m, T out Hình Mơ hình chiều cho tank tích trữ dựa FVM Phương trình cân lượng cho phân tử chất lỏng: 𝜆𝑓 𝜕 𝑇 𝜕𝑇 𝜕𝑇 +𝑢 = (1) 𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜌𝑓 𝐶𝑓 𝜕𝑥 Trong đó: 𝑇 - nhiệt độ (oC); 𝑡 - thời gian (s); 𝜆𝑓 - hệ số dẫn nhiệt (W/m.oC); 𝜌𝑓 - khối lượng riêng (kg/m3); 𝐶𝑓 - nhiệt dung riêng (J/kg.oC) nước nhiệt độ 𝑇 𝑢 vận tốc nước theo phương 𝑥 (m/s) • Điều kiện ban đầu: 𝑡 = 0, < 𝑥 < 𝐿: 𝑇 = 𝑇0 , 𝑢 = (2) • Điều kiện biên: + Vận tốc dịng mơi chất 𝑡 ≥ 0: 𝑢𝑖𝑛 = 𝑢𝑜𝑢𝑡 = 𝑢0 (3) + Nhiệt độ nước vào bình không đổi 𝑇 = 𝑇𝑖𝑛 (4) + Nhiệt độ nước khỏi bình nhiệt độ phần tử kế cận 𝑇𝑜𝑢𝑡 = 𝑇𝑛 (5) 2.2 Xây dựng mơ hình mơ số Các phần từ bên Ứng với phần tử bên 𝑖 = ÷ 𝑛 − Lấy tích phân thể tích phương trình (1): 𝜆𝑓 𝜕 𝑇 𝜕𝑇 𝜕(𝑢𝑇) 𝑑𝑉 = ∫ 𝑑𝑉 − ∫ 𝑑𝑉 𝜕𝑡 𝜌𝑓 𝐶𝑓 𝜕𝑥 𝜕𝑥 (6) Áp dụng lý thuyết phân kỳ cho (6) ta được: 𝜕𝑇 𝜕𝑇 𝜕𝑇 ∆𝑥 = (𝑎𝑓 ) − (𝑎𝑓 ) 𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝑖+1/2 𝜕𝑥 𝑖−1/2 − (𝑢𝑇𝑖+1/2 − 𝑢𝑇𝑖−1/2 ) Trong đó: (7) ∫ 𝐶𝑉 (𝑎𝑓 𝐶𝑉 𝜕𝑇 ) 𝜕𝑥 𝑖+1/2 , (𝑎𝑓 𝐶𝑉 𝜕𝑇 ) 𝜕𝑥 𝑖−1/2 thành phần khuếch tán; 𝑢𝑇𝑖+1/2 , 𝑢𝑇𝑖−1/2 thành phần đối lưu; 𝑎𝑓 = 𝜆𝑓 𝜌𝑓 𝐶𝑓 hệ số khuếch tán nhiệt + Với thành phần khuếch tán từ phương trình (7), áp dụng sai phân giữa: 𝜕𝑇 𝑇𝑖 − 𝑇𝑖−1 (𝑎𝑓 ) = 𝑎𝑓 ( ) = 𝐷𝑓 (𝑇𝑖 − 𝑇𝑖−1 ) (8) 𝜕𝑥 𝑖−1/2 ∆𝑥 Huỳnh Ngọc Hùng, Phạm Duy Vũ 14 𝑎𝑓 (10) ∆𝑥 + Xấp xỉ thành phần đối lưu từ phương trình (7): Áp dụng hệ First-Order Upwind: 𝑢𝑇𝑖+1/2 − 𝑢𝑇𝑖−1/2 = 𝑢(𝑇𝑖 − 𝑇𝑖−1 ) (11) 𝐷𝑓 = + Xấp xỉ thành phần phụ thuộc vào thời gian: Áp dụng phương pháp hàm ẩn (Implicit scheme): 𝜕𝑇𝑖 𝑛+1 𝑇𝑖 𝑛+1 − 𝑇𝑖 𝑛 (12) = 𝜕𝑡 ∆𝑡 Kết hợp phương trình (7) - (12) ta được: 𝑛+1 𝑇𝑖 − 𝑇𝑖 𝑛 Δ𝑥 = [𝐷𝑓 (𝑇𝑖+1 − 2𝑇𝑖 + 𝑇𝑖−1 ) − 𝑢(𝑇𝑖 (13) ∆𝑡 𝑛+1 − 𝑇𝑖−1 )] Sắp xếp lại (13) ta được: Δ𝑥 𝑛+1 −(𝑢 + 𝐷𝑓 )𝑇𝑖−1 + ( + 𝑢 + 2𝐷𝑓 ) 𝑇𝑖𝑛+1 ∆𝑡 (14) Δ𝑥 𝑛 𝑛+1 − 𝐷𝑓 𝑇𝑖+1 = 𝑇𝑖 ∆𝑡 Các phần tử biên: Tương tự phần tử bên trong, áp dụng sai phân cho đại lượng khuếch tán, First-Order Upwind cho đại lượng đối lưu áp dụng điều kiện biên ta được: + Phần tử biên 1: Δ𝑥 ( + 𝑢 + 3𝐷𝑓 ) 𝑇1𝑛+1 − 𝐷𝑓 𝑇2𝑛+1 ∆𝑡 (15) Δ𝑥 𝑛 𝑛+1 = 𝑇 + (𝑢 + 2𝐷𝑓 )𝑇𝑖𝑛 ∆𝑡 + Phần tử biên n: Δ𝑥 Δ𝑥 𝑛 𝑛+1 (16) −(𝑢 + 𝐷𝑓 )𝑇𝑛−1 + ( + 𝑢 + 𝐷𝑓 ) 𝑇𝑛 𝑛+1 = 𝑇 ∆𝑡 ∆𝑡 𝑛 Ảnh hưởng ống phân phối đến phân tầng Các đầu ống phân phối môi chất vào tank có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu làm việc tank tích trữ Mơ hình chiều xây dựng chưa kể đến ảnh hưởng hòa trộn môi chất đầu phân phối Ảnh hưởng hịa trộn kể đến thơng qua hệ số hòa trộn hay gọi hệ số khuếch tán hiệu 𝜀𝑒𝑓𝑓 [10]: 𝜀𝑒𝑓𝑓 = (𝑎𝑓 + 𝜀𝐻 ) 𝑎𝑓 (17) 𝜀𝑒𝑓𝑓 có giá trị lớn với dịng mơi chất chảy rối với dòng chảy tầng (𝜀𝐻 = 0) Hệ số khuếch tán hiệu kể đến qua phương trình (1): 𝜕𝑇 𝜕𝑇 𝜕2𝑇 (18) +𝑢 = 𝑎𝑓 𝜀𝑒𝑓𝑓 𝜕𝑡 𝜕𝑥 𝜕𝑥 Trong nghiên cứu này, hệ số khuếch tán hiệu xây dựng [10] áp dụng Các bước xây dựng mơ hình số Mơ hình số nghiên cứu phân tầng nhiệt độ tank tích trữ dựa phương pháp FVM xây dng theo cỏc bc chớnh sau: đầu vào 300 Trong đó: - Chia nhỏ miền hình học tank tích trữ thành n phần tử (dọc theo chiều cao tank Hình 1); - Xấp xỉ phương trình vi phân cho phần tử (bao gồm thành phần đối lưu khuyến tán) thành phương trình đại số cho phần tử bên (phương trình (14)) phần tử biên (phương trình (15) (16)); - Thiết lập hệ phương trình đại số gồm n phương trình từ phương trình (14), (15) (16); - Chọn bước thời gian (∆𝑡) giải hệ phương trình đại số theo điều kiện ban đầu (2); - Kiểm chứng mơ hình 2.3 Mơ hình kiểm chứng Để kiểm chứng mơ hình số xây dựng, mơ hình áp dụng để mơ cho tank tích trữ có kích thước khác Dữ liệu thực nghiệm áp dụng để kiểm chứng mơ hình tìm thấy từ nghiên cứu [17] [18] tương ứng với tank có kích thước nhỏ (Tank A) lớn (Tank B) Hình thể kết cấu tank thơng số thể Bng T16 đầu vào chắn ỉ300 chắn cảmbiến nhiệt độ T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8 T9 T10 T11 T12 T13 T14 T15 T16 T17 T18 T19 T20 T15 T14 T13 T12 T11 T10 T9 T8 14990 (9) T7 cảm biến nhiệt độ T6 T5 T4 T3 T2 T1 300 𝜕𝑇 𝑇𝑖+1 − 𝑇𝑖 ) = 𝑎𝑓 ( ) = 𝐷𝑓 (𝑇𝑖+1 − 𝑇𝑖 ) +1/2 800 ( đầu đầu Ø400 Ø12900 (a) (b) Hình Kết cấu tank tích trữ từ thực nghiệm (a) Tank kích thước nhỏ [17], (b) tank kích thước lớn [18] Bảng Các thơng số mơ hình thực nghiệm tank tích trữ Các thơng số Đường kính (m) Chiều cao (m) Thể tích nước (m3) Lưu lượng khối lượng (kg/s) Nhiệt độ nước lạnh (0C) Nhiệt độ nước nóng (0C) Tank A [17] 0,4 0,8 0,1 0,03 23 44 Tank B [18] 12,9 14,99 2000 0,56 44 96 Mơ hình thực nghiệm tank nhỏ tích 0,1m3, nước nóng vào phía tank với chắn hướng dịng nước khỏi tank từ đáy Nhiệt độ dọc theo chiều cao tank đo 20 cảm biến nhiệt độ với sai số ±0,50C Dữ liệu nhiệt độ thu thập với bước thời gian 10s Tank lớn với thể tích 2000m3 tank tích trữ nhiệt nhà máy nhiệt-điện kết hợp Hvide Sande (Đan mạch) Có 16 cảm biến nhiệt độ (PT100) lắp đặt dọc theo chiều cao tank (do cảm biến thứ 15 bị hỏng nên khơng có giá trị nhiệt độ thu vị trí này), với cảm biến thấp cách đáy tank 0,5m cảm biến cao cách phân phối nước phía 0,5m ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ - ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 20, NO 10.2, 2022 Sai số cảm biến nhiệt độ nằm khoảng từ ± 0,50ºC đến ± 0,78ºC tương ứng với nhiệt độ nước 40ºC đến 95oC Dữ liệu thu thập sau 15 phút Chi tiết tank tìm thấy nghiên cứu [17, 18] 15 Từ kết ta thấy với chế độ chảy tầng ứng 𝑖𝑛 với 𝜀𝑒𝑓𝑓 = độ dày lớp phân tầng nhiệt độ nhỏ độ dày lớp phân tầng tăng hệ số hòa trộn tăng Kết bình luận Mơ hình số áp dụng mơ cho q trình nạp tank tích trữ tích khác nhau: tank tích nhỏ (Tank A) tank tích lớn (Tank B) Sự ảnh hưởng mật độ lưới hệ số hòa trộn đề cập Cả mơ hình thực nghiệm có phân phối kiểu chắn nên hệ số hòa trộn đầu ống phân phối phát triển [10] áp dụng: 𝑖𝑛 (18) 𝜀𝑒𝑓𝑓 = 4,75(𝑅𝑒/𝑅𝑖)0,522 Trong đó: - 𝑅𝑒 số Reynolds 𝑅𝑒 = 𝜌𝑓 𝜔𝑓 𝑑/𝜇𝑓 Với 𝜌𝑓 khối lượng riêng nước; 𝜔𝑓 tốc độ nước từ ống phân phối vào tank; d đường kính ống phân phối 𝜇𝑓 độ nhớt động học nước - 𝑅𝑖 số Richardson 𝑅𝑖 = ∆𝜌𝑓 𝑔 𝐻/(𝜌𝑓 𝜔𝑓2 ) Với ∆𝜌𝑓 trị tuyệt đối độ chênh khối lượng riêng điều kiện nhiệt độ ban đầu nhiệt độ môi chất đầu vào; H chiều cao hiệu khoảng cách từ ống phân phối vào đến cảm biến nhiệt độ sát đáy bình Giá trị hệ số hòa trộn 𝜀𝑒𝑓𝑓 thay đổi theo hàm 𝑖𝑛 hyperbol từ giá trị 𝜀𝑒𝑓𝑓 đầu vào ống phân phối đến đầu khởi bình [10] Các thông số vật lý nước nội suy theo nhiệt độ phần tử Phân bố nhiệt độ ban đầu nước Tank A đồng 230C phân bố nhiệt độ Tank B thời điểm ban đầu không đồng lấy từ kết đo đạc thực nghiệm 3.1 Tank có kích thước nhỏ Ảnh hưởng mật độ lưới đến kết phân bố nhiệt mô hình số so sánh với liệu thực nghiệm cho Tank A thể Hình Phân bố nhiệt độ tính tốn thời điểm 1500s trình nạp với phân bố nhiệt độ nước bình thời điểm ban đầu (𝑡 = 0) đồng 230C với bước thời gian ∆𝑡 = 1𝑠 hệ số hịa trộn tính theo công thức (18) Các kết cho thấy, mật độ lưới ảnh hưởng đáng kết mô Với mơ hình khảo sát, kết mơ gần thay đổi không đáng kể tăng mật độ lưới lớn 500 phần tử Với việc chọn số phần tử lưới phù hợp mơ hình cho kết phân bố nhiệt độ tank gần so với với kết đo đạc thực nghiệm 𝑖𝑛 Hình biểu diễn ảnh hưởng hệ số hịa trộn 𝜀𝑒𝑓𝑓 ống phân phối đầu vào bình đến kết phân bố nhiệt độ áp dụng mơ hình số so sánh với liệu thực nghiệm Khi không kể đến ảnh hưởng hòa trộn ống 𝑖𝑛 phân phối (𝜀𝐻 = hay 𝜀𝑒𝑓𝑓 = 1) chọn hệ số hòa trộn lớn dẫn đến sai khác đáng kể kết mô kết thực nghiệm Việc đơn giản mơ hình ba chiều thành mơ hình chiều làm ảnh hưởng hịa trộn mơi chất đầu vào ống phân phối Tuy 𝑖𝑛 nhiên, áp dụng hệ số hòa trộn 𝜀𝑒𝑓𝑓 tính từ cơng thức (18) (có giá trị 112) cải tiến đáng kể đến kết mơ Hình Ảnh hưởng mật độ lưới đến phân bố nhiệt độ tank nhỏ Hình Ảnh hưởng hệ số hịa trộn đến phân tầng tank nhỏ 3.2 Tank có kích thước lớn Kết mô phân bố nhiệt độ Tank B sau thời gian 15 phút so với liệu thực nghiệm thể Hình Phân bố nhiệt độ thời điểm ban đầu không đồng xác định từ thực nghiệm Trong mô giá trị nhiệt độ ban đầu phần tử nội suy từ giá trị đo thực nghiệm Kết kiểm chứng cho thấy, kết không phụ thuộc vào bước thời gian lựa chọn ∆𝑡 = 10𝑠 sử dụng cho mơ hình với mật độ lưới khác Các mật độ lưới khác khảo sát cho thấy, phân bố nhiệt độ bình gần không thay đổi mật độ lưới lớn 200 phần tử Các kết mô cho thấy, phân bố nhiệt độ thời điểm 15 phút trùng khớp Huỳnh Ngọc Hùng, Phạm Duy Vũ 16 với liệu thực nghiệm Tuy nhiên, với khoảng thời gian lớn hơn, sau giờ, sai khác mô thực nghiệm tăng đáng kể Mơ hình cho kết tốt phân bố nhiệt độ tank so với kết thực nghiệm để tìm phân bố nhiệt độ tank có kích thước khác Kết từ mơ hình kiểm chứng với liệu thực nghiệm cho thấy mơ hình đáng tin cậy Mật độ lưới ảnh hưởng lớn đến kết mơ hình Sự ảnh hưởng hệ số hịa trộn đáng kể với tank có kích thước nhỏ với tank có kích thước lớn ảnh hưởng cho thấy nhỏ Mơ hình áp dụng để nghiên cứu tối ưu tank tích trữ dạng nhiệt với kích thước khác đặc biệt tank tích lớn tank kích thước lớn u cầu lớn khả máy tính thời gian mơ áp dụng mơ hình hai ba chiều TÀI LIỆU THAM KHẢO Hình Ảnh hưởng mật độ lưới đến phân bố nhiệt độ tank lớn Hình Ảnh hưởng hệ số hịa trộn đến phân tầng tank lớn Hình biễu diễn ảnh hưởng hệ số hòa trộn khác 𝑖𝑛 (𝜀𝑒𝑓𝑓 = 1, 1000 giá trị tính từ cơng thức (18) 256) đến kết phân bố nhiệt độ tank thể tích lớn Kết cho thấy, giá trị hệ số hịa trộn đề cập gần khơng làm thay đổi phân bố nhiệt độ thời điểm xét đến, 15 phút Điều khác so với trường hợp tank tích nhỏ Tuy nhiên, việc khảo ảnh hưởng hệ số hòa trộn đề cập đến vài giá trị Từ kết nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng hệ số hịa trộn theo cơng thức (18) đề xuất từ nghiên cứu [10] cho kết phù hợp cho phân phối có chắn kiểu đĩa với tank kích thước khác Kết luận Nghiên cứu xây dựng mơ hình chiều mơ phân bố nhiệt độ cho tank tích trữ dạng nhiệt dựa phương pháp FVM Mô hình áp dụng [1] Zurigat, Y H., K J Maloney, and A J Ghajar, "A comparison study of one-dimensional models for stratified thermal storage tanks", Solar Energy Engineering, 111(3), 1989, 204-210 [2] Dincer, Ibrahim, and Marc A Rosen, Thermal energy storage systems and applications, John Wiley & Sons, 2021 [3] Kleinbach, Eberhard Markus, W A Beckman, and S A Klein, "Performance study of one-dimensional models for stratified thermal storage tanks", Solar energy, 50(2), 1993, 155-166 [4] Chung, Jae Dong, et al., "The effect of diffuser configuration on thermal stratification in a rectangular storage tank", Renewable Energy 33(10), 2008, 2236-2245 [5] Njoku, H O., O V Ekechukwu, and S O Onyegegbu, "Analysis of stratified thermal storage systems: An overview", Heat and mass transfer, 50(7), 2014, 1017-1030 [6] Yoo, Hoseon, and Ee-Tong Pak, "Theoretical model of the charging process for stratified thermal storage tanks", Solar Energy, 51(6), 1993, 513-519 [7] Al-Nimr, M A "Temperature distribution inside a solar collector storage tank of finite wall thickness", Solar Energy Engineering, 115(2), 1993, 112-116 [8] Nelson, J E B., A R Balakrishnan, and S Srinivasa Murthy, "Experiments on stratified chilled-water tanks: Expériences menées avec des reservoirs d'accumulation d'eau glacée stratification", International Journal of Refrigeration, 22(3), 1999, 216-234 [9] Aszodi, A., Krepper, E & Prasser, HM.,"Experimental and numerical investigation of one and two phase natural convection in storage tanks", Heat and Mass Transfer, 36, 2000, 497–504 [10] Zurigat, Yousef H., Pedro R Liche, and Afshin J Ghajar, "Influence of inlet geometry on mixing in thermocline thermal energy storage", International Journal of Heat and Mass Transfer 34(1), 1991, 115-125 [11] Rahman, Aowabin, Amanda D Smith, and Nelson Fumo, "Performance modeling and parametric study of a stratified water thermal storage tank", Applied Thermal Engineering, 100, 2016, 668-679 [12] Ievers, Simon, and Wenxian Lin, "Numerical simulation of threedimensional flow dynamics in a hot water storage tank", Applied Energy, 86(12), 2009, 2604-2614 [13] Tang, J L., Z R OuYang, and Y Y Shi, "Experimental analysis and FLUENT simulation of a stratified chilled water storage system", The European Physical Journal Plus, 134(3), 2019, 1-8 [14] Oppel, F J., A J Ghajar, and P M Moretti, "Computer simulation of stratified heat storage", Applied Energy, 23(3), 1986, 205-224 [15] Nelson, J E B., A R Balakrishnan, and S Srinivasa Murthy, "Parametric studies on thermally stratified chilled water storage systems", Applied Thermal Engineering, 19(1), 1999, 89-115 [16] Waluyo, Joko, "Simulation model of stratified thermal energy storage tank using finite difference method", AIP Conference Proceedings, 1737(1), 2016, 1-10 [17] Zachar, A., I Farkas, and F Szlivka, "Numerical analyses of the impact of plates for thermal stratification inside a storage tank with upper and lower inlet flows", Solar Energy, 74(4), 2003, 287-302 [18] Sreckiene, Giedre, and Violeta Miseviciute, "Research of operation modes of heat storage tank in CHP plant using numerical simulation", Rigas Tehniskas Universitates Zinatniskie Raksti, 6, 2011, 91-99 ... Mơ hình số nghiên cứu phân tầng nhiệt độ tank tích trữ dựa phương pháp FVM xây dựng theo bước sau: đầu vào 300 Trong ú: - Chia nh hình học tank tích trữ thành n phần tử (dọc theo chiều cao tank. .. 10.2, 2022 Mơ hình tốn xây dựng mơ hình mơ số 2.1 Mơ hình tốn cho tank tích trữ nhiệt Mơ hình chiều cho việc nghiên cứu tank tích trữ đơn giản dựa số giả thiết: 1) Bỏ qua tổn nhiệt từ tank mơi trường... tầng ứng