Thermal transient prediction of district heating pipeline: Optimal selection of the time and spatial steps for fast and accurate calculation

Wang, Yaran; You, Shijun; Zhang, Huan; Zheng, Xuejing; Zheng, Wandong; Miao, Qing; Lu, Gang

doi:10.1016/j.apenergy.2017.08.061

Cited by 99 publications

(53 citation statements)

References 19 publications

Supporting

Mentioning

Contrasting

Unclassified

Order By: Relevance

“…One of the most used numerical schemes for solving the advection-diffusion equation is the upwind scheme, thanks to its simple applicability and good accuracy also during fast rising or falling edge in temperature. Wanga et al [11] have compared the implicit upwind scheme with the characteristic line method, finding that the first one is unconditionally stable and more informative in simulating the temperature distribution along a pipeline. Anyhow, the major problem of this solving method consists of an additional numerical diffusion due to the Courant number and the grid refinement.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Numerical Investigation of Pipelines Modeling in Small-Scale Concentrated Solar Combined Heat and Power Plants

et al. 2020

View full text Add to dashboard Cite

In this paper four different detailed models of pipelines are proposed and compared to assess the thermal losses in small-scale concentrated solar combined heat and power plants. Indeed, previous numerical analyses carried out by some of the authors have revealed the high impact of pipelines on the performance of these plants because of their thermal inertia. Hence, in this work the proposed models are firstly compared to each other for varying temperature increase and mass flow rate. Such comparison shows that the one-dimensional (1D) longitudinal model is in good agreement with the results of the more detailed two-dimensional (2D) model at any temperature gradient for heat transfer fluid velocities higher than 0.1 m/s whilst the lumped model agrees only at velocities higher than 1 m/s. Then, the 1D longitudinal model is implemented in a quasi-steady-state Simulink model of an innovative microscale concentrated solar combined heat and power plant and its performances evaluated. Compared to the results obtained using the Simscape library model of the tube, the performances of the plant show appreciable discrepancies during the winter season. Indeed, whenever the longitudinal thermal gradient of the fluid inside the pipeline is high (as at part-load conditions in winter season), the lumped model becomes inaccurate with more than 20% of deviation of the thermal losses and 30% of the organic Rankine cycle (ORC) electric energy output with respect to the 1D longitudinal model. Therefore, the analysis proves that an hybrid model able to switch from a 1D longitudinal model to a zero-dimensional (0D) model with delay based on the fluid flow rate is recommended to obtain results accurate enough whilst limiting the computational efforts.

show abstract

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Numerical Investigation of Pipelines Modeling in Small-Scale Concentrated Solar Combined Heat and Power Plants

et al. 2020

View full text Add to dashboard Cite

show abstract

“…The authors use this model to minimize the cost of generation in a DH network under different operation strategies. Finally, a modeling approach based on the Finite Volumes method is presented in [29]. The method, named the implicit upwind method, is compared to the characteristic line method and the authors conclude that the characteristic line is faster but the implicit upwind method provides more information on the temperature distribution within the pipe.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

Modified finite volumes method for the simulation of dynamic district heating networks

Schwarz

Mabrouk

Silva

et al. 2019

Energy

View full text Add to dashboard Cite

District Heating (DH) networks are getting closer to the concept of "Smart Grids" to deal with the contribution of new technologies and paradigms like Renewable Energy Sources, Distributed Generation and Storage, and Low-Temperature District Heating. This requires good anticipation of the system's dynamics with the objective of improving control. This work proposes a model based on the Finite Volumes method for anticipating the dynamics in DH systems. Its application to branched network topologies gives the delay between the change in the settings at the generation points and the time they are perceived by the different substation in the network, which is a prerequisite for system design, operation planning and optimal control. The model is tested in a 6 Node branched network with the main topology elements being represented (junctions, splits, etc.); real demand data is used at the consumption nodes. A comparison between the model developed by the authors and the existing Finite Volumes method is also presented for the proposed topology. These results shed light on the needs and opportunities in DH, mainly for ICT implementation, energy storage location and management, and enhanced control in the smart energy networks context.

show abstract

“…Разработка новых энергосберегающих техноло гий для тепловой защиты элементов систем теплос набжения является одной из актуальнейших в на стоящее время при создании энергетического обору дования различного назначения [1][2][3][4]. Высокий уро вень тепловых потерь [5] в системах теплоснабже ния (например, тепловые сети, ТЭС, котельные) и энергетическом оборудовании различного назначе ния (химические производства, пищевая промы шленность и т.…”

unclassified

Кондуктивный Теплоперенос В Слое Тонкопленочной Тепловой Изоляции

Половников¹

2019

IZVESTIYA

View full text Add to dashboard Cite

Актуальность исследования обусловлена необходимостью разработки новых энергосберегающих технологий для тепловой защиты элементов систем теплоснабжения и иного энергетического оборудования различного назначения. Высокий уровень тепловых потерь в системах теплоснабжения (например, тепловые сети, ТЭС, котельные) и энергетическом оборудовании различного назначения (химические производства, пищевая промышленность и т. д.) и неудовлетворительное состояние их тепловой изоляции обосновывают необходимость разработки новых технологий снижения уровня тепловых потерь в рассматриваемых системах. Уникальные теплофизические характеристики тонкопленочных теплоизоляционных покрытий позволяют использовать их в различных энергетических системах и оборудовании. Несмотря на это, технологии применения тонкопленочных теплоизоляционных покрытий к настоящему моменту времени не получили развития. Это обусловлено рядом причин, основными из которых являются: недостаток знаний о физических свойствах и механизмах процессов тепломассопереноса в тонкопленочных теплоизоляционных покрытиях. Цель: исследование кондуктивного теплопереноса в слое тонкопленочной тепловой изоляции с учетом разнородности свойств микросфер и связующих веществ. Объекты: цилиндрические слои тонкопленочного теплоизоляционного покрытия. На внутренней и внешней поверхностях теплоизоляционного покрытия поддерживаются постоянные температуры. Рассматривались два варианта геометрии тонкопленочного теплоизоляционного покрытия: «связующее вещество и полнотелые микросферы» и «связующее вещество и полые микросферы». Исследования проводились для слоя теплоизоляции толщиной 0,33 мм. Температуры на внутренней и внешней поверхностях изоляции принималась в соответствии с экспериментальными данными. Предполагалось, что слой тонкопленочной теплоизоляции на 62 % состоит из микросфер диаметром 50 мкм и на 38 % из связующего вещества. Рассматривались два типа полых микросфер с толщинами стенок: 5 и 2 мкм. Методы. Экспериментальные исследования проводились с использованием оригинального лабораторного стенда. Решение поставленных задач получено методом конечных элементов. Использовалась аппроксимация Галеркина, неравномерная конечно-элементная сетка. Параметры элементов сетки выбирались из условий сходимости решения. Увеличение числа элементов расчетной сетки проводилось с использованием метода Делоне. Результаты. Установлено, что средний коэффициент теплопроводности тонкопленочного теплоизоляционного покрытия в диапазоне температур 50–90 °С составляет 0,0574 Вт/(м·К), что существенно отличается от заявленных фирмой-производителем значений. Выявлено влияние на тепловые потери вида связующего вещества и характеристик микросфер (полые или полнотелые), толщины стенки микросферы и газовой фазы, содержащейся в полости микросферы. Для рассматриваемого случая отклонение от экспериментальных данных составило от 9,36 до 91,12 % в зависимости от состава тонкопленочного теплоизоляционного покрытия. Такие отклонения обусловлены резким изменением эффективных теплофизических свойств тепловой изоляции при различных характеристиках компонентов тонкопленочной тепловой изоляции. Анализ результатов численного моделирования позволяет сделать вывод о том, что наиболее вероятный состав тонкопленочной теплоизоляции включает в себя полые микросферы и многокомпонентное связующее вещество.

show abstract

Thermal transient prediction of district heating pipeline: Optimal selection of the time and spatial steps for fast and accurate calculation

Cited by 99 publications

References 19 publications

Numerical Investigation of Pipelines Modeling in Small-Scale Concentrated Solar Combined Heat and Power Plants

Numerical Investigation of Pipelines Modeling in Small-Scale Concentrated Solar Combined Heat and Power Plants

Modified finite volumes method for the simulation of dynamic district heating networks

Кондуктивный Теплоперенос В Слое Тонкопленочной Тепловой Изоляции

Contact Info

Product

Resources

About