Numerical analysis of convective heat transfer in thermocline energy storage with air

This master's thesis presents an analysis of convective heat transfer within a thermocline tank model, investigating various Nusselt number correlations to identify the most accurate for atmospheric air as the heat transfer fluid. Two transient one dimensional numerical models developed at solar thermal department of Centro Nacional de Energías Renovables (CENER) are employed and adapted for this unique fluid. Specifically, these models are characterized by sensible heat storage and latent heat storage materials, and two experiments involving these solid materials have been taken into consideration to validate the models. Subsequently, error analysis not only confirms the successful validation of the models but also yields promising results, with respective root mean square error percentages of 6.31% and 3.93%. The absence of a significantly superior correlation in each case and the lack of a universally optimal correlation for both cases underscore the necessity for further experiments and in depth studies in this field.

Questa tesi magistrale presenta un'analisi del trasferimento di calore convettivo all'interno di un modello di serbatoio a termoclino, indagando varie correlazioni di Nusselt per identificare la più accurata per l'aria atmosferica come fluido di lavoro. Due modelli numerici unidimensionali, sviluppati presso il dipartimento solare termico del CENER, sono impiegati e adattati per questo particolare fluido. In particolare, questi modelli sono caratterizzati da materiali di accumulo di calore sensibile e latente, e due esperimenti che coinvolgono questi materiali solidi sono stati utilizzati per convalidare i due modelli. Successivamente, l'analisi degli errori non solo dimostra la validazione dei modelli, ma fornisce anche risultati promettenti, con percentuali di errore quadratico medio rispettivamente del 6,31% e del 3,93%. L'assenza di una correlazione nettamente superiore in ciascun caso e la mancanza di una correlazione universalmente ottimale per entrambi i casi sottolineano la necessità di ulteriori esperimenti e studi approfonditi in questo campo.