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Thermische Energiespeicher ermöglichen u. a. einen kontinuierlichen und wirtschaftlichen Betrieb von Hochtem-peratur-Wärmepumpen in der Fernwärmeversorgung (Betriebstemperatur über 100 °C, Betriebsdruck bis 20 bar). Dafür eignen sich Druckbehälter, sog. schlanke Heißwasserspeicher (Speichertyp b1 nach [1]). Die oben genannten Vorteile setzen einen effizienten Speicherbetrieb (niedrige interne und externe Speicherverluste) vo-raus. Dieser Beitrag beschäftigt sich mit der Minimierung der internen Verluste durch die Verbesserung des ther-mischen Schichtungsverhaltens. Eine thermische Schichtung mit einem möglichst schmalen Übergangsbereich zwischen heißer und kalter Zone ist ein Indikator für geringe Mischvorgänge während der Beladung. Die Mini-mierung dieser Mischungsvorgänge bei der Beladung nimmt eine Schlüsselrolle bei der Minimierung der internen Speicherverluste ein. [2] und [3] untersuchten die Beladung mit herkömmlichen radialen Diffusoren in schlanken Heißwasserspeichern mithilfe von numerischen Strömungssimulationen. Die Arbeiten identifizieren aufgrund der schlanken Speicherform nachteilige Strömungseffekte, wie z. B. einen ausgeprägten Wandstrahl. Dieser Wandstrahl regt Mischvorgänge an und damit steigen die internen Speicherverluste. Zur Überwindung dieser Strömungsproblematik schlägt Platzer et al. [4] die Beladung mit Drall vor. Die Untersuchungen in [5] zeigten das Strömungsverhalten im Diffusor und im Speicher, die Auswirkungen auf die thermische Schichtung sowie die Vorteilhaftigkeit. Dieser Beitrag soll eine detailliertere Beschreibung der Strömungsvorgänge liefern. Dieses Wis-sen ist unbedingt notwendig, um die Ursachen und Wirkungen bei der Beladung mit Drall und beim Aufbau der thermischen Schichtung besser zu verstehen. Die Modellierung und Simulation des Diffusors bzw. des Speichers erfolgten mit Ansys CFX [6]. Zur Auflösung turbulenter Strukturen fand die Large Eddy Simulation Anwendung. Dieser Artikel präsentiert erstmalig die Wirbelstrukturen, die im Diffusor mit Leitelementen zur Drallerzeugung auftreten. Die Speicherströmung weist ein ähnliches Verhalten zu bekannten Dichteströmungen (z. B. Lappen-Kluft-Struktur, Instabilitäten in den freien Scherschichten) auf, was bisher ebenfalls nicht bekannt war. Hohe Peclet-Zahlen (hohe Advektionsströme) im Speichermodell führen zu numerischer Instabilität der Simulation und erfordern deshalb erhöhten Diskretisierungsaufwand.

Schlagwörter: Speicher, Diffusor, Leitelement, Wasser, Strömung, Schichtung, Drall, Wirbel, Simulation