원통형 축열탱크의 디퓨저 형상이 열성층 유지에 미치는 영향에 관한 수치해석적 연구

Numerical Analysis on the Effect of Diffuser Configuration on Maintenance of Thermal Stratification in Cylindrical Thermal Storage Tank

축열탱크는 고온의 유입수(water)와 상대적으로 저온 상태인 저장수가 탱크내에서 혼합될 때 부력효과를 이용하여 혼합효과를 적절히 감소시킴으로서 온도의 성층화(thermal stratification)를 유지함으로 열에너지를 저장하는 장치이다. 이러한 열성층은 유입 및 저장수와의 온도차이에 의한 부력효과 뿐만 아니라 유입되는 유량, 축열탱크의 크기 및 형상, 유/출입구의 위치 등에 영향을 받으며, 혼합에 의한 열성층 파괴 방지를 위해 유입/유출부에 디퓨저를 설치할 수 있다. 이 연구에서는 원통형 축열탱크 내부에 설치된 디퓨저의 직경 및 슬롯거리 등이 열성층도에 미치는 영향을 수치적으로 규명하고자 하였으며, 이를 위하여 3차원, 비정상, 난류유동에 대한 혼합대류 열전달현상을 STAR-CCM+을 사용하여 수치적으로 해석하였다.

Thermal storage tank(TST) can store a thermal energy by maintaining the thermal stratification which occurs when two types of water with different temperatures come into contact. That is, a thermal stratification arises due to the temperature variation which gives rise to a density variation in the water. Additionaly the cold and hot water are separated by means of gravitational effect. The performance of storage tanks depends on various factors such as inlet flow rates, size and shape of TST, locations of inlet and outlet in addition to the buoyancy effect. Among them, the installation of diffuser in a TST is one of the general technologies in improving the performance of TST. In the present work, the heat transfer charcteristics for three-dimensional, unsteady turbulent mixed convection are investigated numerically by using a general purpose S/W of STAR-CCM+.