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Entwicklung und Implementierung eines numerischen Modells zur Untersuchung von Strömungs- und Wärmeübertragungsvorgängen beim Schmelzen und Erstarren von makroverkapselten Phasenwechselmaterialien

Daniel Hummel, OTH Amberg-Weiden

M.Sc. Maschinenbau (FAU Erlangen-Nürnberg)

 

Betreuer:

Prof. Dr.-Ing. Stefan Beer, OTH Amberg-Weiden

Prof. Dr. rer. nat. Andreas Hornung, FAU

 

Entwicklung und Implementierung eines numerischen Modells zur Untersuchung von Strömungs- und Wärmeübertragungsvorgängen beim Schmelzen und Erstarren von makroverkapselten Phasenwechselmaterialien

Thermische Energiespeicher, die einen Phasenwechsel eines Speichermaterials ausnutzen, auch als Latentwärmespeicher bezeichnet, bieten das Potential, die Energieeffizienz in einer Vielzahl von Anwendungen zu erhöhen. Für die Auslegung und Optimierung derartiger Speicher ist das Verständnis der zugrundeliegenden Transportvorgänge erforderlich. So bilden sich zum Beispiel beim Schmelzen und Erstarren von makroverkapselten Phasenwechselmaterialien (engl.: phase change materials, PCM), je nach verwendetem Werkstoff und Randbedingungen, starke Konvektionsströmungen aus, die den Wärmeübergang vom Arbeitsfluid auf das PCM und damit die Be- und Entladecharakterisik des thermischen Speichers, maßgeblich beeinflussen. Darüber hinaus müssen unter anderem eine mögliche Bewegung des während des Schmelzvorgangs verbleibenden Festkörpers und Kontaktschmelzeffekte berücksichtigt werden. Im Rahmen der Arbeit werden insbesondere Speicher betrachtet, bei denen auch im Arbeitsfluid während des Be- und Entladevorgangs ein Phasenwechsel stattfindet. Ziel des Vorhabens ist es, ein Modell zu entwickeln und zu implementieren, das eine detaillierte Untersuchung der Strömungs- und Wärmeübertragungsvorgänge beim Schmelzen und Erstarren von makroverkapselten Phasenwechselmaterialien ermöglicht.