Model for stratified thermal storage tank

In the present work was created a model for the simulation of a hot water storage system. The main element characterizing the process is the storage tank that is subjected alternately to arbitrary shift between the filling and the consumption of the hot water. All the steps followed by the simulation model development have been reported. First of all a characterization of the storage system in general, the stratification and the models already present in literature was performed. Thanks to the theoretical analysis it was then possible to develop a theoretical model. The choice of the phenomena to be simulated and to be neglected has been motivated in the theoretical model. Particular attention was paid to the turbulence in the inlet and to natural convection treated via "inversion / mixing" code . A three-dimensional simulation was conducted with Workbench / Fluent ® as an additional tool for the analysis of the phenomena involved. The theoretical model was subsequently translated into computational language through the definition of the domain, the grid resolution, the discretization scheme and secondary code. The problem of numerical diffusion was treated in detail in this part in order to clarify how it affects the temperature profile and how it can possibly be reduced. The experimental data was introduced. The simulation was conducted in the working environment of Matlab©. A comparison with the results and some general remarks have been reported in order to understand the effects of the simplification introduced in the theoretical model. At the end, an analysis on the natural convection treatment was conducted in order to provide some guidelines for the choice of the best way to treat it

Nel presente lavoro è stata trattata la creazione di un modello per la simulazione di un sistema di stoccaggio di acqua calda. Tale sistema è inserito all’interno di un impianto di produzione e consumo di acqua calda rispettivamente operati da una caldaia a biomassa e da un sistema di simulazione di un’utenza domestica. L’elemento principale e caratterizzante del processo di stoccaggio è il serbatoio sottoposto alternativamente secondo intervalli arbitrari e non costanti alla fase di prelievo e fornitura dell’acqua calda. Di seguito sono state riportate tutte le fasi seguite per lo sviluppo del modello di simulazione. È stata eseguita prima di tutto una caratterizzazione del sistema di stoccaggio in generale,della stratificazione e dei modelli già presenti in letteratura. Grazie a tali valutazioni è stato quindi possibile sviluppare il modello teorico. In questa sezione sono state motivate le scelte dei fenomeni da simulare, da trascurare e da trattare solo da un punto di vista degli effetti globali da essi prodotti. Particolare attenzione è stata dedicata alla turbolenza nella zona in ingresso e alla trattazione tramite codici di “inversione/miscelazione” della convezione naturale. Ci si è avvalsi di una simulazione tridimensionale condotta con Workbench/Fluent® come strumento aggiuntivo di analisi dei fenomeni coinvolti. Il modello teorico è stato successivamente tradotto in un linguaggio computazionale tramite la definizione del dominio di risoluzione della griglia dello schema di discretizzazione e dei codici secondari. È stata prestata particolare attenzione al problema della diffusione numerica al fine di chiarire da cosa è causata, come influenza il profilo di temperatura e come è possibile ridurla. Sono stati quindi introdotti i dati sperimentali tramite cui è stato possibile definire i criteri per la creazione degli output e la ricezione degli input. La simulazione è stata condotta nell'ambiente di lavoro di Matlab®. Dal confronto con i risultati sono state fatte alcune considerazioni generali sugli effetti delle ipotesi semplificative fatte. È stata condotta infine un' analisi sulla trattazione computazionale e semplificata della convezione naturale al fine di fornire delle linee guida per la scelta dei metodi di trattamento di tale fenomeno.