Modellierung der Zweiphasenströmung in senkrechten Rohren für die Anwendung von PCM-Speichern in solarthermischen Kraftwerken mit Direktverdampfung

Für solarthermische Kraftwerke mit Direktverdampfung stellt die Integration eines Phasenwechselspeichers für die Zwischenspeicherung von thermischer Energie eine vielversprechende Technologie zur Verbesserung der Effizienz dar. Der Wärmeaustausch zwischen dem Wärmeträgerfluid Wasser/Dampf und dem Speichermaterial ist ein aktueller Forschungsschwerpunkt und wird mit numerischen Methoden untersucht. In dieser Arbeit wird ein Simulationsprogramm für die Zweiphasenströmung des Wärmeträgerfluids in vertikalen Rohren entwickelt. Das Modell berücksichtigt insbesondere die beim Be- und Entladen auftretenden Wärmeübergangsbereiche sowie Druckverluste. ... mehrNach einer Zusammenfassung und einem Vergleich der gängigsten Modelle zur eindimensionalen Modellierung von Zweiphasenströmungen werden die notwendigen konstitutiven Gleichungen für das eingesetzte stationäre heterogene Modell beschrieben. Mittels einer Finite-Differenzen-Methode werden die Modellgleichungen diskretisiert und die Implementierung des numerischen Lösungsalgorithmus wird in MATLAB umgesetzt. Die Validierung des Programmcodes erfolgt anhand Vergleichsergebnissen, die mit der kommerziellen Software Apros erzeugt werden. Dazu werden Referenzfälle mit konstanter Wandwärmestromdichte analysiert und verglichen.

For solar thermal power plants with direct steam generation the integration of a thermal storage with phase change material for intermediate thermal energy storage is a promising technology to increase efficiency. The heat exchange between the heat transfer fluid water/steam and the storage material is of current research interest and is analyzed by numerical methods. In this work, a simulation program for the two-phase flow of the heat transfer fluid in vertical pipes is developed. The model, in particular, takes into account the heat transfer regions occurring during charging and discharging as well as pressure drops. ... mehrAfter a summary and comparison of widely used one-dimensional two-phase flow models, the required constitutive relations for the applied stationary heterogeneous model are described. By means of a finite difference method the model equations are discretized and the implementation of the numerical solution algorithm is realized in MATLAB. The validation of the program code is carried out on the basis of comparative results, which are generated with the commercial software Apros. For this purpose, reference cases with constant wall heat flux are analyzed and compared.