ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДУ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ ТЕПЛОВОМУ АКУМУЛЯТОРІ З ОПТИМІЗОВАНИМ РОЗТАШУВАННЯМ ТА ОРЕБРЕННЯМ ТРУБ

Ірина Суходуб; Євген Лазарєв

doi:10.20535/1813-5420.3.2026.366600

Т. · № 3 · 2026 жов 12, 2026 ТЕХНОЛОГІЇ ТА ОБЛАДНАННЯ В ЕНЕРГЕТИЦІ

ЧИСЕЛЬНЕ МОДЕЛЮВАННЯ ПРОЦЕСІВ ФАЗОВОГО ПЕРЕХОДУ В ГОРИЗОНТАЛЬНОМУ ТЕПЛОВОМУ АКУМУЛЯТОРІ З ОПТИМІЗОВАНИМ РОЗТАШУВАННЯМ ТА ОРЕБРЕННЯМ ТРУБ

ІС

Ірина Суходуб Відповідальний Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

ЄЛ

Євген Лазарєв Національний технічний університет України«Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна

Сторінки54-64 Опублікованожов 12, 2026 ЛіцензіяВідкритий доступ

PDF

ТОМ · № 3 · 2026 85 Переглянути випуск

Анотація

Мета дослідження полягає у визначенні оптимального просторового розташування пучка теплообмінних труб у прямокутному домені горизонтального акумулятора прихованої теплоти, а також оцінювання доцільності застосування часткового та повного хрестоподібного оребрення для інтенсифікації процесів плавлення та затвердіння парафіну RT62HC.

Методика реалізації представляє собою чисельне CFD-моделювання нестаціонарної гідродинаміки та теплообміну, реалізоване у двовимірній постановці методом скінченних об'ємів (схема enthalpy-porosity) в ANSYS Fluent. Досліджено чотири конфігурації: базовий пучок труб, модель із розрідженим кроком, а також варіанти з частковим та повним оребренням під кутом 45°.

Результати дослідження показали, що природна конвекція формує стійку термічну стратифікацію, блокуючи тверду фазу в неоребрених міжряддях та кутах. Повне оребрення збільшує початкову потужність розряджання у 2,3 раза (до 3,5 Вт). Збільшення вертикального кроку труб без ребер уповільнює фінальну стадію заряджання через утворення ізольованих масивів матеріалу.

Висновки підкреслюють, що повне хрестоподібне оребрення забезпечує найвищу швидкість фазового переходу (плавлення за 160 хв, затвердіння за 60 хв). Водночас часткова модифікація крайових зон є раціональним інженерним компромісом, оскільки ліквідує застійні «мертві» зони і завдяки меншому витісненню PCM акумулює на 6,3% більше теплової енергії.

Ключові слова

#акумулятор прихованої теплоти #фазозмінний матеріал #пучок труб #оребрення #природна конвекція #термічна стратифікація #чисельне CFD-моделювання

Посилання

Kumar A., Kumar A. Heat Transfer Analysis in Thermal Energy Storage – A Comprehensive Review based Latent Heat Storage System. Energy Storage. 2022. URL: https://doi.org/10.1002/est2.434.
Sarbu I., Dorca A. Review on heat transfer analysis in thermal energy storage using latent heat storage systems and phase change materials. International Journal of Energy Research. 2018. Vol. 43, no. 1. P. 29–64. URL: https://doi.org/10.1002/er.4196.
Latent Heat Thermal Energy Storage Systems with Solid-Liquid Phase Change Materials: A Review / N. Zhang et al. Advanced Engineering Materials. 2018. Vol. 20, no. 6. P. 1700753. URL: https://doi.org/10.1002/adem.201700753.
Cieśliński J. T., Fabrykiewicz M. Thermal Energy Storage with PCMs in Shell-and-Tube Units: A Review. Energies. 2023. Vol. 16, no. 2. P. 936. URL: https://doi.org/10.3390/en16020936.
Li Z., Zhang X. Dynamics characteristics of steam accumulator using phase change materials with different operation modes: A case study. Journal of Energy Storage. 2025. Vol. 115. P. 115938. URL: https://doi.org/10.1016/j.est.2025.115938.
Optimization of solar phase change accumulator performance under the influence of multiple factors / J. Li et al. Thermal Science and Engineering Progress. 2025. P. 103201. URL: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2024.103201.
Design and evaluation of metal foam horizontal tube-and-shell phase change accumulator: Optimal position distribution of heating tubes / Z. Li et al. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2024. Vol. 107. P. 109367. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2024.109367.
Experimental investigation on the thermal enhancement of spherical macro-encapsulated phase change material assisted soil heat accumulators / H. Cao et al. Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 100. P. 113522. URL: https://doi.org/10.1016/j.est.2024.113522.
Performance of zeolite- and PCM-based cascade hybrid heat accumulator with cast thermal conductivity enhancers / A. Dmitruk et al. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2023. Vol. 56. P. 102999. URL: https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102999.
Design and heat transfer performance enhancement of a novel corrugated plate phase change heat accumulator / Z. Wang et al. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2025. Vol. 249. P. 127242. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2025.127242.
Analysis on the effect of novel topological optimization fin structures considering eccentricity on the heat storage and release characteristics of shell and tube phase change heat accumulator / Y. Chen et al. Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 97. P. 112880. URL: https://doi.org/10.1016/j.est.2024.112880.
Study on temperature distribution optimization and enhanced heat transfer in shell and tube phase change accumulator / X. Wu et al. Renewable Energy. 2025. P. 122469. URL: https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.122469.
Enhanced thermal performance of shell and tube phase change heat accumulator with novel biomimetic spider web fins / Y. Liu et al. Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 233. P. 121224. URL https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121224.
Experimental and numerical investigation of the melting behavior of a phase change material in a horizontal latent heat accumulator with longitudinal and annular fins / A. Hosseini et al. Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 82. P. 110563. URL: https://doi.org/10.1016/j.est.2024.110563.
Voller V. R., Cross M., Markatos N. C. An enthalpy method for convection/diffusion phase change. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1987. Vol. 24, no. 1. P. 271–284. URL: https://doi.org/10.1002/nme.1620240119.
Heat Transfer Augmentation Using Duplex and Triplex Tube Phase Change Material (PCM) Heat Exchanger Configurations / A. Zaib et al. Energies. 2023. Vol. 16, no. 10. P. 4037. URL: https://doi.org/10.3390/en16104037.

Ліцензія

CCBY 4.0

Creative Commons Із зазначенням авторства 4.0 Міжнародна

Ця робота має відкриту ліцензію: вільно поширюйте та адаптуйте її, посилаючись на авторів і журнал. Умови ліцензії ↗

Попередня у випуску МОДЕЛЬ "ЗАРЯДНОЇ ЛАВИНИ" В БУДИНКУ ПРИ ДІЇ ГРАФІКІВ ПОГОДИННИХ ВІДКЛЮЧЕНЬ Наступна у випуску ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНЕ ТЕСТУВАННЯ АЛГОРИТМУ КОМПЕНСАЦІЇ МЕРТВОГО ЧАСУ ІНВЕРТОРА НА ОСНОВІ GAN ТРАНЗИСТОРІВ ДЛЯ АСИНХРОННОГО ЕЛЕКТРОПРИВОДУ

§ 06 — Пов'язані

Схожі статті в цьому журналі

Пов'язані рецензовані дослідження, опубліковані в цьому журналі.

Усі випуски

ШВИДКОДІЮЧІ МІКРОДВИГУНИ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ: АНАЛІТИЧНА МЕТОДИКА ВИБОРУ МАГНІТНИХ НАВАНТАЖЕНЬ І КОНСТРУКЦІЇ ЯКОРЯ ЗА КРИТЕРІЄМ ЕЛЕКТРОМЕХАНІЧНОЇ СТАЛОЇ ЧАСУ

Михайло Коваленко, Віктор Гребєнніков, Андрій Стулішенко, Євген Ігнатюк

В даному дослідженні побудовано замкнену, розмірно узгоджену в СІ аналітичну методику оцінки та мінімізації електромеханічної сталої часу виконавчих мікродвигунів…

#мікродвигун постійного струму #електромеханічна стала часу #швидкодія #магнітне навантаження

с. 83-88

10.20535/1813-5420.3.2026.369073

ЗАСТОСУВАННЯ КОГЕНЕРАЦІЙНИХ УСТАНОВОК В УМОВАХ ДЕФІЦИТУ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ПОТУЖНОСТІ

Владислав Цюх

У статті досліджено особливості застосування когенераційних установок в умовах дефіциту електричної потужності та потреби підвищення енергетичної стійкості з урахуванням…

#когенерація #високоефективна когенерація #газопоршнева КГУ #режими експлуатації

с. 89-97

10.20535/1813-5420.3.2026.370315

ДОСЛІДЖЕННЯ СИСТЕМНОЇ БЕЗПЕКИ LFP-СИСТЕМ РЕЗЕРВНОГО ЕЛЕКТРОЖИВЛЕННЯ ТА СИНТЕЗ БАГАТОРІВНЕВОЇ АРХІТЕКТУРИ ЗАХИСТУ

Андрій Дорошенко, Дмитро Коломієць

У роботі оцінено газовибухову небезпеку LFP-акумуляторів у житлових і підвальних приміщеннях багатоквартирних будинків України та обґрунтовано першочергові вимоги до…

#акумуляторна система резервного електроживлення #літій-залізо-фосфатний акумулятор #системна безпека #аварійний режим

с. 98-111

10.20535/1813-5420.3.2026.362979

[1] Kumar A., Kumar A. Heat Transfer Analysis in Thermal Energy Storage – A Comprehensive Review based Latent Heat Storage System. Energy Storage. 2022. URL: https://doi.org/10.1002/est2.434.

[2] Sarbu I., Dorca A. Review on heat transfer analysis in thermal energy storage using latent heat storage systems and phase change materials. International Journal of Energy Research. 2018. Vol. 43, no. 1. P. 29–64. URL: https://doi.org/10.1002/er.4196.

[3] Latent Heat Thermal Energy Storage Systems with Solid-Liquid Phase Change Materials: A Review / N. Zhang et al. Advanced Engineering Materials. 2018. Vol. 20, no. 6. P. 1700753. URL: https://doi.org/10.1002/adem.201700753.

[4] Cieśliński J. T., Fabrykiewicz M. Thermal Energy Storage with PCMs in Shell-and-Tube Units: A Review. Energies. 2023. Vol. 16, no. 2. P. 936. URL: https://doi.org/10.3390/en16020936.

[5] Li Z., Zhang X. Dynamics characteristics of steam accumulator using phase change materials with different operation modes: A case study. Journal of Energy Storage. 2025. Vol. 115. P. 115938. URL: https://doi.org/10.1016/j.est.2025.115938.

[6] Optimization of solar phase change accumulator performance under the influence of multiple factors / J. Li et al. Thermal Science and Engineering Progress. 2025. P. 103201. URL: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2024.103201.

[7] Design and evaluation of metal foam horizontal tube-and-shell phase change accumulator: Optimal position distribution of heating tubes / Z. Li et al. International Journal of Heat and Fluid Flow. 2024. Vol. 107. P. 109367. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatfluidflow.2024.109367.

[8] Experimental investigation on the thermal enhancement of spherical macro-encapsulated phase change material assisted soil heat accumulators / H. Cao et al. Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 100. P. 113522. URL: https://doi.org/10.1016/j.est.2024.113522.

[9] Performance of zeolite- and PCM-based cascade hybrid heat accumulator with cast thermal conductivity enhancers / A. Dmitruk et al. Sustainable Energy Technologies and Assessments. 2023. Vol. 56. P. 102999. URL: https://doi.org/10.1016/j.seta.2022.102999.

[10] Design and heat transfer performance enhancement of a novel corrugated plate phase change heat accumulator / Z. Wang et al. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2025. Vol. 249. P. 127242. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2025.127242.

[11] Analysis on the effect of novel topological optimization fin structures considering eccentricity on the heat storage and release characteristics of shell and tube phase change heat accumulator / Y. Chen et al. Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 97. P. 112880. URL: https://doi.org/10.1016/j.est.2024.112880.

[12] Study on temperature distribution optimization and enhanced heat transfer in shell and tube phase change accumulator / X. Wu et al. Renewable Energy. 2025. P. 122469. URL: https://doi.org/10.1016/j.renene.2025.122469.

[13] Enhanced thermal performance of shell and tube phase change heat accumulator with novel biomimetic spider web fins / Y. Liu et al. Applied Thermal Engineering. 2023. Vol. 233. P. 121224. URL https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121224.

[14] Experimental and numerical investigation of the melting behavior of a phase change material in a horizontal latent heat accumulator with longitudinal and annular fins / A. Hosseini et al. Journal of Energy Storage. 2024. Vol. 82. P. 110563. URL: https://doi.org/10.1016/j.est.2024.110563.

[15] Voller V. R., Cross M., Markatos N. C. An enthalpy method for convection/diffusion phase change. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 1987. Vol. 24, no. 1. P. 271–284. URL: https://doi.org/10.1002/nme.1620240119.

[16] Heat Transfer Augmentation Using Duplex and Triplex Tube Phase Change Material (PCM) Heat Exchanger Configurations / A. Zaib et al. Energies. 2023. Vol. 16, no. 10. P. 4037. URL: https://doi.org/10.3390/en16104037.