Analisi CFD di un sistema di accumulo termico a flusso orizzontale

Colombini, Carlo Aldo Luca (2020) Analisi CFD di un sistema di accumulo termico a flusso orizzontale. Bachelor thesis, Scuola Universitaria Professionale della Svizzera Italiana.

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Abstract

Questo progetto di diploma ha come obiettivo quello di analizzare, tramite simulazione CFD, un sistema di accumulo termico (TES) a flusso orizzontale, valutandone le prestazioni e successivamente confrontarlo con un sistema di accumulo termico classico a flusso verticale. Lo scopo di utilizzare questi sistemi di stoccaggio è legato allo sfruttamento dell’energia solare concentrata nell’ambito della produzione di energia elettrica. La configurazione più diffusa attualmente è quella a flusso verticale, dove il fluido termovettore ad alta temperatura attraversa il mezzo d’accumulo dall’alto verso il basso e viceversa. L’obiettivo di questo lavoro di diploma è quindi quello di studiare una soluzione differente, in cui la fase di carica e quella di scarica del sistema avvengono con una direzione di movimento del fluido termovettore orizzontale rispetto al mezzo d’accumulo. Questa variante potrebbe fornire dei vantaggi rispetto alla configurazione al momento utilizzata, in quanto consentirebbe di avere dei benefici legati al tipo di struttura e alla possibilità di avere la zona ad alta temperatura del mezzo d’accumulo confinata nella parte centrale del sistema TES al fine di ridurre le perdite termiche. Il lavoro svolto è stato suddiviso in diverse fasi che hanno permesso una completa comprensione del problema da affrontare. Per prima cosa è stato necessario effettuare uno studio completo sui testi di letteratura per comprendere appieno questa tipologia di sistemi e per apprenderne il funzionamento con i relativi meccanismi di scambio termico coinvolti durante le diverse fasi di lavoro del sistema TES. Inoltre, è stato fondamentale definire le caratteristiche geometriche del sistema, i materiali da utilizzare ed è stato altresì necessario simulare i cicli di carica-idle-scarica del sistema tramite software Fluent. Le operazioni sopra elencate sono state svolte per entrambi i sistemi TES creati, sia a flusso radiale sia a flusso verticale. Una volta definite queste procedure si è proseguito con l’analisi dei risultati ottenuti tramite le simulazioni CFD dei due sistemi, il primo a flusso orizzontale e il secondo a flusso verticale. Ci si è posti l’obiettivo di valutare l’efficienza dei due sistemi, le perdite termiche attraverso le pareti, la variazione di pressione all’interno del mezzo d’accumulo e l’andamento della temperatura in ingresso/uscita dal sistema durante le diverse fasi di lavoro. A seguito dell’analisi dei risultati, è stato possibile evidenziare i vantaggi e gli svantaggi dei due sistemi TES, definire i miglioramenti da apportare per ottenere dei sistemi ad accumulo termico ottimizzati e più performanti. Alla luce di ciò è stata infine eseguita una nuova simulazione CFD contenente alcune migliorie emerse durante la valutazione dei risultati, che hanno permesso di ottenere dei miglioramenti sull’efficienza del sistema a flusso orizzontale. In questo modo è stato possibile individuare quale sia, tra i due sistemi TES presi in considerazione in questo lavoro di diploma, la migliore configurazione che consente di stoccare e recuperare una maggior quantità di energia.

Item Type: Thesis (Bachelor)
Corso: UNSPECIFIED
Supervisors: Roncolado, Jonathan and Puragliesi, Riccardo
Subjects: Meccanica
Divisions: Dipartimento tecnologie innovative > Ingegneria meccanica
URI: http://tesi.supsi.ch/id/eprint/3343

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