بررسی مقایسه‌ای حل عددی رفتار ذوب ماده تغییرفازدهنده از حالت 4 فین طولی به 8 فین طولی جهت بهبود عملکرد در سیستم ذخیره‌ساز انرژی

نوع مقاله : علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران

2 استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه آزاد اسلامی واحد تبریز، تبریز، ایران

چکیده

فناوری‌های ذخیره انرژی حرارتی رویکردی نسبتاً جدید در کاهش مصرف انرژی است، ایجاد تعادل در اوج مصرف و همچنین استفاده تا حد زیادی از منابع انرژی‌های تجدیدپذیر به‌منظور صرفه‌جویی در انرژی با وجود محاسن زیاد، هنوز چالش‌هایی در مسیر توسعه ذخیره‌ساز انرژی حرارتی وجود دارد. در این مقاله به حل عددی به ‌صورت سه ‌بعدی در نرم‌افزار انسیس فلوئنت  به‌منظور نشان دادن اینکه چطور رفتار ذوب ماده تغییر فاز دهنده تغییر می‌کند، با تبدیل 4 فین طولی به 8 فین طولی در پوسته ولوله مبدل‌های حرارتی به‌منظور بهبود عملکرد سیستم ذخیره‌ساز انرژی پرداخته شده است. در پایان، نتایج  با رفتار ذوب ماده تغییرفازدهنده بدون فین مقایسه و آب به‌ عنوان سیال گرم در لوله داخلی جریان داشته و فضای پوسته با پارافین RT50 به‌عنوان ماده تغییرفازدهنده پر شده است. با توجه به اینکه با انجام این کار حجم مواد تغییرفازدهنده  مورد نظر کاهش می‌یابد و برای جلوگیری از کاهش حجم مواد تغییرفازدهنده با کاهش ضخامت پره‌ها از 1.2 میلی‌متر به 1.05 میلی‌متر و قطر داخلی از 13.5 میلی‌متر به 13 میلی‌متر لوله سیال انتقال حرارت، حجم مواد تغییرفازدهنده ثابت نگه ‌داشته و نتایج نشان می‌دهد که استفاده از 8 فین طولی نسبت به 4 فین طولی و بدون فین، به ترتیب 2.31% و 13.6598%، که سبب بهبود زمان شارژ شده و همچنین استفاده از 8 فین طولی سبب بهبود کاهش زمان انجماد (دشارژ) در مقایسه با 4 فین طولی به 33.95% و بدون فین 54.83% شده‌است.

کلیدواژه‌ها


[1] Tasnim, Syeda Humaira, Hossain, Rakib, Mahmud, Shohel, and Dutta, Animesh. Convection effect on the melting process of nano-PCM inside porous enclosure. International Journal of Heat and Mass Transfer, 85:206– 220, 2015.
[2] Mat, Sohif, Al-Abidi, Abduljalil A, Sopian, Kamaruzzaman, Sulaiman, Mohamad Yusof, and 14 Mohammad, Abdulrahman Th. Enhance heat transfer for PCM melting in triplex tube with internal–external fins. Energy conversion and management, 74:223–236, 2013.
[3] Agyenim, Francis, Eames, Philip, and Smyth, Mervyn. Heat transfer enhancement in medium temperature thermal energy storage system using a multitube heat 24 transfer array. Renewable energy, 35(1):198–207, 2010.
[4] Pahamly, Unes, Kahsari, Hosseini, Javad, Seyed Mohammad, and Ranjbar, Ali Akbar. Investigating geometrical and flow parameters in behavior of melting phase change material in a double pipe heat exchanger. Modares Mechanical Engineering, 15(10):183–191, 2015.
[5] Longeon, Martin, Soupart, Adèle, Fourmigué, JeanFrançois, Bruch, Arnaud, and Marty, Philippe. Experimental and numerical study of annular PCM storage in the presence of natural convection. Applied energy, 112:175– 184, 2013.
[6] Sarı, Ahmet and Kaygusuz, Kamil. Thermal and heat transfer characteristics in a latent heat storage system using lauric acid. Energy Conversion and Management, 43(18):2493–2507, 2002.
[7] Ismail, Kamal AR, Lino, Fatima AM, Da Silva, Raquel CR, de Jesus, Antonio B, and Paixao, Louryval C. Experimentally validated two dimensional numerical model for the solidification of PCM along a horizontal long tube. International Journal of Thermal Sciences, 75:184–193, 2014.
[8] Rahimi, M, Ranjbar, AA, Ganji, DD, Sedighi, K, Hosseini, MJ, and Bahrampoury, R. Analysis of geometrical and operational parameters of PCM in a fin and tube heat exchanger. International Communications in Heat and Mass Transfer, 53:109–115, 2014.
[9] Tiari, Saeed, Qiu, Songgang, and Mahdavi, Mahboobe. Numerical study of finned heat pipe-assisted thermal energy storage system with high temperature phase change material. Energy Conversion and Management, 89:833– 842, 2015.
[10] Taghilou, FTM and Talati, Faramarz. Numerical investigation of natural convection effects on the melting and solidification of PCM within a rectangular finned 106 96 container using LBM. Modares Mechanical Engineering, 16(8):75–86, 2016.
[11] Longeon, Martin, Soupart, Adèle, Fourmigué, JeanFrançois, Bruch, Arnaud, and Marty, Philippe. Experimental and numerical study of annular PCM storage in the presence of natural convection. Applied energy, 112:175– 184, 2013.
[12] Darzi, AhmadAli Rabienataj, Farhadi, Mousa, and Sedighi, Kurosh. Numerical study of melting inside concentric and eccentric horizontal annulus. Applied Mathematical Modelling, 36(9):4080–4086, 2012.
[13] Luo, Kang, Yao, Feng-Ju, Yi, Hong-Liang, and Tan, HePing. Lattice boltzmann simulation of convection melting in complex heat storage systems filled with phase change materials. Applied Thermal Engineering, 86:238–250, 2015.
[14] Esapour, M, Hosseini, MJ, Ranjbar, AA, and Bahrampoury, R. Numerical study on geometrical specifications and operational parameters of multi-tube heat storage systems. Applied Thermal Engineering, 109:351–363, 2016.
[15] Pahamly, Unes, Kahsari, Hosseini, Javad, Seyed Mohammad, and Ranjbar, Ali Akbar. Investigating geometrical and flow parameters in behavior of melting phase change material in a double pipe heat exchanger. Modares Mechanical Engineering, 15(10):183–191, 2015.
[16] Al-Abidi, Abduljalil A, Mat, Sohif, Sopian, Kamaruzzaman, Sulaiman, MY, and Mohammad, Abdulrahman Th. Experimental study of melting and solidification of PCM in a triplex tube heat exchanger with fins. Energy and Buildings, 68:33–41, 2014.
[17] Hosseini, MJ, Ranjbar, AA, Sedighi, K, and Rahimi, M. A combined experimental and computational study on the melting behavior of a medium temperature phase change storage material 169 inside shell and 180 tube heat 180 exchanger. International Communications in Heat and Mass Transfer, 39(9):1416–1424, 2012.
[18] Hosseini, MJ, Rahimi, M, and Bahrampoury, R. Thermal analysis of PCM containing heat exchanger enhanced with normal annular fines. Mechanical Sciences, 6(2):221, 2015.