Wärmespeicherung in Kugelschüttungen bei Temperaturen bis zu 1000K

Zusammenfassung

Die Speicherung thermischer Energie birgt ein beträchtliches Potenzial für die Nutzung von Abwärme und kann auch dazu beitragen, die Energiewende durch die Speicherung von Überschussstrom voranzutreiben. Um sensible Wärme effizient zu speichern, sind hohe Temperaturen von entscheidender Bedeutung. Schüttungen eignen sich hierfür besonders gut, da viele verfügbare Materialien temperaturbeständig und leicht zu beschaffen sind. Allerdings kann die Beschreibung der Wärmetransportprozesse in Schüttungen sehr komplex sein. Nur wenige Untersuchungen befassen sich grundlegend mit diesen Transportprozessen im Zusammenhang mit der Wärmespeicherung und den damit verbundenen hohen Temperaturen. Das Ziel dieser Arbeit ist daher, eine anwendungsorientierte Modellierung von Wärmespeichern mit tiefergehenden Untersuchungen zu verknüpfen und Lösungsansätze vorzuschlagen. Hierfür werden Modelle entwickelt, die die Schüttungsgeometrie, die Strömung und den Wärmeübergang in Schüttungen sowie das thermodynamische Zeitverhalten darstellen und in einen Gesamtzusammenhang gebracht. Um die Ergebnisse der teilweise sehr rechenintensiven Modelle praktisch anwendbar zu machen, wird ein vereinheitlichender modifizierter Ansatz für eine Nu-Korrelation zur Charakterisierung des mittleren Wärmeübergangs zwischen Partikel und Fluid vorgeschlagen. Zur Validierung der entwickelten Modelle wurden Messungen an einem eigens dafür entwickelten Prüfstand bei Temperaturen von bis zu 1000K durchgeführt.