Three-Dimensional CFD Analysis of a Hot Water Storage Tank with Various Inlet/Outlet Configurations

2024

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/en17225716
Деректер сенімділігі 70 орташа
Бұл баға қалай есептеледі

Ол жазбаның өзінің тексерілетін белгілерінен құралады: мақаланың DOI-і бар ма, оның деректерін қанша тәуелсіз дереккөз растады, міндетті өрістер толтырылған ба және соңғы растау қаншалықты жаңа. Дереккөздер арасындағы алшақтық пен идентификатордың болмауы бағаны төмендетеді. 80-нен бастап мән жазбаның қосымша тексерусіз жарияланғанын, 60-тан 79-ға дейін — оның сенімділігі төмен күйде жарияланғанын және қолмен тексеру ұсынылатынын білдіреді. Редактор қолмен тексерген жазбаны қайта есептеу 90-нан төмен түсірмейді. Бұл — мақаланың өзіне емес, ол туралы деректерімізге берілген баға.

Аңдатпа

This study presents a comprehensive 3D numerical analysis of thermal stratification, fluid dynamics, and heat transfer efficiency across six hot water storage tank configurations, identified as Tank-1 through Tank-6. The objective is to determine the most effective design for achieving uniform temperature distribution, stable stratification, and efficient heat retention in sensible heat storage systems, with potential for integration with phase change materials (PCMs). Using COMSOL Multiphysics 5.6, simulations were conducted to evaluate key performance indicators, including the Richardson number, capacity ratio, and exergy efficiency. Among the tanks, Tank-1 demonstrated the highest efficiency, with a capacity ratio of 84.6% and an exergy efficiency of 72.5%, while Tank-3, which achieved a capacity ratio of 70.2% and exergy efficiency of 50.5%, was identified as the most practical for real-world applications due to its balanced heat distribution and feasibility for PCM integration. Calculated dimensionless numbers (Reynolds number: 635, Prandtl number: 4.5, and Peclet number: 2858) indicated laminar flow and dominant convective heat transfer across all the configurations. These findings provide valuable insights into the design of efficient thermal storage systems, with Tank-3’s configuration offering a practical balance of thermal performance and operational feasibility. Future work will explore the inclusion of PCM containers within Tank-3, as well as applications for heat pump and solar water heaters, and high-temperature heat storage with various working fluids.