Impact of Inlet Configuration and Flow Rates on Thermal Storage Stratification and Efficiency

2026

Толық мәтін Ашық қол жеткізу: Gold Метадеректер (CSL-JSON)
DOI 10.3390/thermo6010016
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

Thermal stratification strongly affects the efficiency and operational reliability of sensible thermal energy storage (TES) tanks in energy systems. This study numerically investigates the combined influence of inlet configuration and mass flow rate on the charging performance of a vertical cylindrical TES tank (H = 3 m, D = 1 m) using transient CFD simulations. Five inlet designs—open, orifice, groove, shower, and shower-groove are analyzed at three flow rates: Q1 = 0.0003 m3/s, Q2=Q1/2, and Q3=Q1/3. System performance is evaluated using key thermal and stratification metrics. Increasing the flow rate from Q3 to Q1 enhances convective heat transfer and energy and exergy efficiencies, but significantly intensifies mixing and degrades thermal stratification. At Q1, the groove inlet achieves the highest capacity ratio and exergy efficiency (0.87), while exhibiting increased mixing. Reducing the flow rate to Q2 and Q3 limits inlet-induced momentum, leading to improved stratification for all configurations. The shower-groove inlet reaches a maximum stratification level (tail factor) of 1.13 at Q3, indicating superior thermal layering, albeit with lower energetic efficiency (≈0.40–0.45). The groove inlet provides the best overall compromise at Q2, combining high efficiency with stable stratification. These results demonstrate a clear efficiency-stratification trade-off and highlight the importance of selecting inlet-flow combinations according to application-specific objectives.