Юрков Р. С. Моделювання енергетичних потоків в теплових акумуляторах з фазовим переходом “тверде тіло – рідина”

Метою роботи є розробка та узагальнення методів математичного і комп’ютерного моделювання процесів тепломасопереносу в системах акумулювання теплової енергії з фазовим переходом “тверде тіло – рідина”; пошуку методів підвищення теплової ефективності фазоперехідних теплових акумуляторів; доведення перспектив використання фазоперехідних теплових акумуляторів у складі сонячних термодинамічних станцій; визначенню найбільш енергоефективних геометричних, теплофізичних та гідродинамічних параметрів фазоперехідних теплових акумуляторів типу “труба в трубі”. Вперше розроблена 3D математична модель спряженої задачі Стефана, створений відповідний числовий алгоритм та власний програмний продукт для визначення особливостей теплообміну в тепловому акумуляторі з фазовим переходом “тверде тіло – рідина” типу “труба в трубі”. Вперше розроблено метод врахування вільної конвекції в розплаві теплоакумулюючого матеріалу для теплового акумулятора типу “труба в трубі”, визначено вплив режиму течії теплоносія на інтенсивність вільної конвекції в розплаві. Вперше запропоновані методи вирівнювання розподілу температур у теплоакумулюючому матеріалі, що базуються на варіаціях швидкості теплоносія в просторі та часі. Вперше, базуючись на принципах нерівноважної термодинаміки, проведений ентропійний аналіз та визначені оптимальні значення чисел Рейнольдса, які забезпечують максимальну теплову ефективність фазоперехідного теплового акумулятора при мінімальних гідродинамічних втратах теплоносія. На основі розробленого числового алгоритми, що базується на методі контрольних об’ємів, був створений власний програмний код, який має узагальнений характер і, в разі незначної корекції, може застосовуватися для фазоперехідних теплових акумуляторів типу “труба в трубі” різного температурного режиму та призначення. Крім того, створений програмний код має гнучку та прозору структуру, що дозволяє без змін структури підлаштовувати його під будь-який тип ТАМу і теплоносія та будь-які умови функціонування системи. Результати проведеного дослідження можуть бути використані під час проектування та функціонування сучасних сонячних термодинамічних установок різного температурного рівня та призначення, в яких в якості технологічного обладнання використовується фазоперехідний тепловий акумулятор “тверде тіло – рідина”. Теоретичні та практичні положення роботи стали складовою частиною навчальних дисциплін “Моделі і методи прикладної математики”, “Методи ідентифікації параметрів математичних моделей”, які викладаються для здобувачів вищої освіти рівня PhD спеціальності 113 Прикладна математика у Дніпровському національному університеті імені Олеся Гончара. Проведені дослідження та їх результати складають відповідний розділ ініціативної науково-дослідної роботи “Детерміновані та стохастичні алгоритми комп’ютерного моделювання об’єктів та процесів різної природи” (2022-2024, науковий керівник проф. Книш Л.І., державний реєстраційний номер 0122U001467), яка проводиться на кафедрі комп’ютерних технологій факультету прикладної математики ДНУ.