Experimentelle Validierung eines Simulationsmodells für die Berechnung des Wärmedurchgangs an einem Latentwärmespeichersystem basierend auf dem Rotating Drum Wärmeübertrager

Abstract

Aktive latente thermische Energiespeicher, die auf dem Rotating Drum Wärmeübertrager basieren, ermöglichen die Trennung von Speicherkapazität und Leistung. Dabei erstarrt flüssiges PCM an der Außenseite der drehenden Rotating Drum, während im Inneren Wasser verdampft. Ein feststehender Schaber entfernt das erstarrte PCM und gewährleistet so eine konstante Leistung. Der Einfluss der Betriebsparameter auf den Wärmestrom durch die Rotating Drum wird in dieser Arbeit untersucht. Die Auswertung der Messdaten zeigt eine starke Zunahme des Wärmestroms für steigende Drehzahlen. Eine Erhöhung der Drehzahl von 8 min­1 auf 20 min­1 steigert die Leistung im Mittel um den Faktor 2,26. Die maximale Leistung der Anlage beträgt 92,2±1,4 kW. Der Einfluss von Betriebsdruck und Eintauchwinkel der Rotating Drum ist geringer als der Einfluss der Drehzahl. Dabei steigt der Wärmestrom jeweils mit zunehmendem Eintauchwinkel, oder sinkendem Druck. Das bestehende Simulationsmodell bildet das Verhalten der Rotating Drum qualitativ richtig ab, unterschätzt aber Wärmestrom und Schichtdicke um etwa Faktor 2. Diese Abweichung sinkt bei Vergrößerung des Eintauchwinkels von 14,9° auf 109,85° auf 1,19. Eine Validierung des Simulationsmodells ist, aufgrund der großen Abweichung nicht möglich.