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_id: '59239'
abstract:
- lang: ger
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: eng
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.
author:
- first_name: Matti
full_name: Grabo, Matti
id: '66520'
last_name: Grabo
citation:
ama: Grabo M. Modeling and Optimization of Energy System Components Equipped
with Phase Change Materials.; 2025. doi:10.17619/UNIPB/1-2199
apa: Grabo, M. (2025). Modeling and optimization of energy system components
equipped with phase change materials. https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199
bibtex: '@book{Grabo_2025, place={Paderborn}, title={Modeling and optimization of
energy system components equipped with phase change materials}, DOI={10.17619/UNIPB/1-2199},
author={Grabo, Matti}, year={2025} }'
chicago: Grabo, Matti. Modeling and Optimization of Energy System Components
Equipped with Phase Change Materials. Paderborn, 2025. https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-2199.
ieee: M. Grabo, Modeling and optimization of energy system components equipped
with phase change materials. Paderborn, 2025.
mla: Grabo, Matti. Modeling and Optimization of Energy System Components Equipped
with Phase Change Materials. 2025, doi:10.17619/UNIPB/1-2199.
short: M. Grabo, Modeling and Optimization of Energy System Components Equipped
with Phase Change Materials, Paderborn, 2025.
date_created: 2025-04-02T09:25:58Z
date_updated: 2025-04-02T09:44:05Z
department:
- _id: '9'
doi: 10.17619/UNIPB/1-2199
keyword:
- Heat transfer
- PCM
- numerical simulation
- renewable energy
- heat storage
language:
- iso: eng
license: https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/4.0/
place: Paderborn
publication_status: published
status: public
supervisor:
- first_name: Eugeny
full_name: Kenig, Eugeny
id: '665'
last_name: Kenig
title: Modeling and optimization of energy system components equipped with phase change
materials
type: dissertation
user_id: '66520'
year: '2025'
...
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_id: '52402'
abstract:
- lang: eng
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
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.
author:
- first_name: Alexander Heinrich Johannes
full_name: Salten, Alexander Heinrich Johannes
id: '59551'
last_name: Salten
orcid: 0000-0003-3069-9601
citation:
ama: Salten AHJ. Modellierung Der Reaktivabsorption in Regellosen Schüttungen
Und Modellbasierte Optimierung von Füllkörpern Mit Dem Ansatz Der Hydrodynamischen
Analogien. LibreCat University; 2023. doi:10.17619/UNIPB/1-1757
apa: Salten, A. H. J. (2023). Modellierung der Reaktivabsorption in regellosen
Schüttungen und modellbasierte Optimierung von Füllkörpern mit dem Ansatz der
hydrodynamischen Analogien. LibreCat University. https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-1757
bibtex: '@book{Salten_2023, title={Modellierung der Reaktivabsorption in regellosen
Schüttungen und modellbasierte Optimierung von Füllkörpern mit dem Ansatz der
hydrodynamischen Analogien}, DOI={10.17619/UNIPB/1-1757},
publisher={LibreCat University}, author={Salten, Alexander Heinrich Johannes},
year={2023} }'
chicago: Salten, Alexander Heinrich Johannes. Modellierung Der Reaktivabsorption
in Regellosen Schüttungen Und Modellbasierte Optimierung von Füllkörpern Mit Dem
Ansatz Der Hydrodynamischen Analogien. LibreCat University, 2023. https://doi.org/10.17619/UNIPB/1-1757.
ieee: A. H. J. Salten, Modellierung der Reaktivabsorption in regellosen Schüttungen
und modellbasierte Optimierung von Füllkörpern mit dem Ansatz der hydrodynamischen
Analogien. LibreCat University, 2023.
mla: Salten, Alexander Heinrich Johannes. Modellierung Der Reaktivabsorption
in Regellosen Schüttungen Und Modellbasierte Optimierung von Füllkörpern Mit Dem
Ansatz Der Hydrodynamischen Analogien. LibreCat University, 2023, doi:10.17619/UNIPB/1-1757.
short: A.H.J. Salten, Modellierung Der Reaktivabsorption in Regellosen Schüttungen
Und Modellbasierte Optimierung von Füllkörpern Mit Dem Ansatz Der Hydrodynamischen
Analogien, LibreCat University, 2023.
date_created: 2024-03-08T13:47:50Z
date_updated: 2024-03-08T14:08:37Z
department:
- _id: '145'
doi: 10.17619/UNIPB/1-1757
language:
- iso: eng
publisher: LibreCat University
status: public
supervisor:
- first_name: Eugeny Y.
full_name: Kenig, Eugeny Y.
id: '665'
last_name: Kenig
title: Modellierung der Reaktivabsorption in regellosen Schüttungen und modellbasierte
Optimierung von Füllkörpern mit dem Ansatz der hydrodynamischen Analogien
type: dissertation
user_id: '59551'
year: '2023'
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