[{"doi":"10.17619/UNIPB/1-2199","title":"Modeling and optimization of energy system components equipped with phase change materials","supervisor":[{"id":"665","full_name":"Kenig, Eugeny","last_name":"Kenig","first_name":"Eugeny"}],"date_created":"2025-04-02T09:25:58Z","author":[{"first_name":"Matti","last_name":"Grabo","full_name":"Grabo, Matti","id":"66520"}],"date_updated":"2025-04-02T09:44:05Z","citation":{"short":"M. Grabo, Modeling and Optimization of Energy System Components Equipped with Phase Change Materials, Paderborn, 2025.","bibtex":"@book{Grabo_2025, place={Paderborn}, title={Modeling and optimization of energy system components equipped with phase change materials}, DOI={<a href=\"https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199\">10.17619/UNIPB/1-2199</a>}, author={Grabo, Matti}, year={2025} }","mla":"Grabo, Matti. <i>Modeling and Optimization of Energy System Components Equipped with Phase Change Materials</i>. 2025, doi:<a href=\"https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199\">10.17619/UNIPB/1-2199</a>.","apa":"Grabo, M. (2025). <i>Modeling and optimization of energy system components equipped with phase change materials</i>. <a href=\"https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199\">https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199</a>","chicago":"Grabo, Matti. <i>Modeling and Optimization of Energy System Components Equipped with Phase Change Materials</i>. Paderborn, 2025. <a href=\"https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199\">https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199</a>.","ieee":"M. Grabo, <i>Modeling and optimization of energy system components equipped with phase change materials</i>. Paderborn, 2025.","ama":"Grabo M. <i>Modeling and Optimization of Energy System Components Equipped with Phase Change Materials</i>.; 2025. doi:<a href=\"https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199\">10.17619/UNIPB/1-2199</a>"},"place":"Paderborn","year":"2025","publication_status":"published","language":[{"iso":"eng"}],"keyword":["Heat transfer","PCM","numerical simulation","renewable energy","heat storage"],"department":[{"_id":"9"}],"user_id":"66520","_id":"59239","status":"public","abstract":[{"text":"Diese Arbeit behandelt die Modellierung und Optimierung von mit Phasenwechselmaterialien (PCM) ausgestatteten, energietechnischen Komponenten anhand zweier Fallstudien. PCM sind Materialien, deren Phasenwechseleigenschaften während des Schmelzens und Erstarrens für Heiz- und Kühlzwecke genutzt werden. Zunächst werden die theoretischen Grundlagen zu Wärmeübertragungsproblemen mit Phasenwechsel erörtert und entsprechende numerische Lösungsmethoden diskutiert. Ein Modell für Phasenwechselvorgänge wird vorgestellt, welches anhand analytischer Lösungen validiert wurde und in den Fallstudien zum Einsatz kam. Für beide Fallstudien wird der Stand der Technik erörtert und die entsprechenden Forschungsfragen werden formuliert. Die erste Fallstudie behandelt PCM-integrierte Photovoltaikmodule und die zweite Festbett-Latentwärmespeicher, welche nicht-kugelförmiger PCM-Kapseln verwenden. Für beide Systeme wurden thermische Model-le entwickelt und anhand experimenteller Daten mit guter Genauigkeit validiert. Diese Modelle wurden in Parameterstudien eingesetzt, um optimierte Systemkonfigurationen zu identifizieren. Die vorgestellten Ergebnisse zeigen, dass ein PCM-Kühlkörper mit ausreichender Dicke und Wärmeleitfähigkeit den Wirkungsgrad und die Lebensdauer von Photovoltaikmodulen erheblich erhöht. Darüber hinaus verbessern PCM-Kapseln mit hoher Packungs-dichte und Oberfläche sowohl die volumenspezifische Speicherkapazität als auch die thermische Leistung von Festbett-Latentwärmespeichern.","lang":"ger"},{"text":"This thesis explores the modeling and optimization of energy system components incorporating phase change materials (PCM) through two different case studies. PCM are materials whose phase change characteristics during melting and solidification are utilized for heating and cooling purposes. The theoretical foundations of heat transfer problems involving phase change, along with the relevant numerical solution methods, are discussed. A phase change model is presented, which was validated against analytical solutions and applied in the case studies. For both case studies, a review of the state of the art is provided, followed by the formulation of specific research problems. The first case study investigated PCM-enhanced photovoltaic modules, while the second focused on packed bed latent heat storages (PBLHS) utilizing non-spherical PCM capsules. Thermal models were developed for both systems and validated with good accuracy against experimental data. These models were employed in parameter studies to identify optimized system configurations. The presented results demonstrate that a PCM heat sink with sufficient thickness and thermal conductivity can significantly improve the efficiency and lifespan of photovoltaic modules. Furthermore, PCM capsules with both high packing density and surface area increase the volume-specific storage capacity and thermal power output of PBLHS.","lang":"eng"}],"type":"dissertation"},{"_id":"52402","department":[{"_id":"145"}],"user_id":"59551","language":[{"iso":"eng"}],"type":"dissertation","abstract":[{"text":"Füllkörper spielen in industriellen Trennprozessen eine wichtige Rolle bspw. bei der Reinigung industrieller Abgase durch Absorption. Die Trennleistung von Füllkörperkolonnen wird üblicherweise mittels vereinfachter Stufenmodelle ermittelt, deren Modellparameter experimentell bestimmt werden müssen. Dies stellt eine große Schwäche von Stufenmodellen dar, da diese Parameterim Allgemeinen nicht auf verschiedene Stoffsysteme und Füllkörpertypen übertragbar sind.In dieser Arbeit wird ein Modell, basierend auf dem hydrodynamischen Analogieansatz, zur Beschreibung von Absorptionsvorgängen in Füllkörperkolonnen vorgestellt. Dabei ist die Geometrie der festen Phase direkt abhängig von der Füllkörpergeometrie und der Stochastik der Schüttung. Die tatsächlichen Strömungsverhältnisse in Füllkörperkolonnen werden erfasst und durch eine Kombination vereinfachter charakteristischer Strömungsformen reproduziert. Dies erlaubt die Verwendung rigoroser Transportgleichung. Dadurch enthält das Modell weniger experimentell zu ermittelnde Parameter und ist damit unabhängiger von Experimenten als vereinfachte Stufenmodelle. Das Modell wurde gegen experimentelle Daten zur CO2-Absorption in wässrige Natronlauge validiert. Mit dem entwickelten Modell wurde anschließend eine Parameterstudie durchgeführt, die der Unterstützung der Entwicklung neuer Füllkörpergeometrien dient. Dazu wurde eine Simulationsstudie durchgeführt, die den Einfluss der Füllkörpergeometrie auf die Trennleistung untersucht.","lang":"eng"},{"lang":"eng","text":"Random packings play an important role in industrial separation processes, e.g., for the removal of pollutants from industrial off-gases by absorption. The separation characteristics are commonly predicted by simplified stage models. Such models employ several parameters which have to be determined by experiments. This represents a major weakness of stage models, as, generally, these parameters are not directly transferable to different chemical systems or packing types. In this work, a model based on the hydrodynamic analogy approach is presented to describe absorption processes in packed columns. The geometry of the solid phase is directly dependent on the packing element geometry and the stochasticity of the packing. The actual fluid dynamics in packed columns are captured and reproduced by a combination of simplified characteristic flow patterns. This allows the application of rigorous transport equations. Hence, the model contains fewer parameters to be determined experimentally and is therefore more independent of experiments than simplified stage models. The model was validated against experimental data on CO2 absorption into aqueous sodium hydroxide solution. The developed model was used to support the development of new packing types by \"virtual experiments\". Therefore, a simulation study highlighting the influence of packing geometry on separation efficiency was performed."}],"status":"public","date_updated":"2024-03-08T14:08:37Z","publisher":"LibreCat University","date_created":"2024-03-08T13:47:50Z","supervisor":[{"first_name":"Eugeny Y.","last_name":"Kenig","id":"665","full_name":"Kenig, Eugeny Y."}],"author":[{"last_name":"Salten","orcid":"0000-0003-3069-9601","full_name":"Salten, Alexander Heinrich Johannes","id":"59551","first_name":"Alexander Heinrich Johannes"}],"title":"Modellierung der Reaktivabsorption in regellosen Schüttungen und modellbasierte Optimierung von Füllkörpern mit dem Ansatz der hydrodynamischen Analogien","doi":"10.17619/UNIPB/1-1757","year":"2023","citation":{"ama":"Salten AHJ. <i>Modellierung Der Reaktivabsorption in Regellosen Schüttungen Und Modellbasierte Optimierung von Füllkörpern Mit Dem Ansatz Der Hydrodynamischen Analogien</i>. LibreCat University; 2023. doi:<a href=\"https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-1757\">10.17619/UNIPB/1-1757</a>","ieee":"A. H. J. Salten, <i>Modellierung der Reaktivabsorption in regellosen Schüttungen und modellbasierte Optimierung von Füllkörpern mit dem Ansatz der hydrodynamischen Analogien</i>. LibreCat University, 2023.","chicago":"Salten, Alexander Heinrich Johannes. <i>Modellierung Der Reaktivabsorption in Regellosen Schüttungen Und Modellbasierte Optimierung von Füllkörpern Mit Dem Ansatz Der Hydrodynamischen Analogien</i>. LibreCat University, 2023. <a href=\"https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-1757\">https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-1757</a>.","mla":"Salten, Alexander Heinrich Johannes. <i>Modellierung Der Reaktivabsorption in Regellosen Schüttungen Und Modellbasierte Optimierung von Füllkörpern Mit Dem Ansatz Der Hydrodynamischen Analogien</i>. LibreCat University, 2023, doi:<a href=\"https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-1757\">10.17619/UNIPB/1-1757</a>.","short":"A.H.J. 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