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

Abstract

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. Nach 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.