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

2026

Полный текст Открытый доступ: Gold Метаданные (CSL-JSON)
DOI 10.3390/thermo6010016
Достоверность данных 70 средняя
Как считается эта оценка

Складывается из проверяемых признаков самой записи: есть ли у статьи DOI, сколько независимых источников подтвердили её данные, заполнены ли обязательные поля и насколько свежо последнее подтверждение. Снижают оценку расхождения между источниками и отсутствие идентификатора. Значение от 80 означает, что запись опубликована без дополнительной проверки; от 60 до 79 — что она опубликована с пониженной достоверностью и ручная проверка желательна. Запись, выверенную редактором вручную, пересчёт не опускает ниже 90. Это оценка наших данных о статье, а не оценка самой статьи.

Аннотация

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.