عنوان

ارائه حل تحلیلی- تقریبی و عددی فرایند انجماد در مخازن ذخیره انرژی گرمایی پره دار حاوی مواد تغییر فاز دهنده تحت حمایت شرکت بهینه‌سازی مصرف سوخت

‭۹۳۱۳پ‬

per

ارائه حل تحلیلی- تقریبی و عددی فرایند انجماد در مخازن ذخیره انرژی گرمایی پره دار حاوی مواد تغییر فاز دهنده تحت حمایت شرکت بهینه‌سازی مصرف سوخت

/امیرحسین مصفا

: مهندسی مکانیک

‮‭۱۵۵‬ص.‬

چاپی

دکتری

مهندسی مکانیک- تبدیل انرژی

‮‭۱۳۹۱/۱۰/۲۸‬

تبریز

در سال‌های اخیر، استفاده از سیستم‌های ذخیره انرژی گرمایی در کاربردهایی نظیر گرمایش و سرمایش آب، تهویه مطبوع و غیره بسیار مورد توجه بوده است .در چند دهه اخیر تکنیک‌های گوناگونی برای ذخیره سازی انرژی گرمایی بوجود آمده است .چنین سیستم‌هایی پتانسیل بسیار بالایی برای استفاده در تجهیزات مصرف کننده انرژی گرمایی دارند و از نقطه نظر اقتصادی، جایگزین‌های مناسبی برای کمک به واحدهای بزرگ مصرف کننده انرژی گرمایی می‌باشند .بطور کلی مخازن ذخیره انرژی گرمایی یک راه حل خوب در تصحیح عدم تطابق تولید و تقاضای انرژی است و می‌تواند نقش بسیار مؤثری در بهینه کردن مصرف انرژی و کارآمدی نیازهای زیست محیطی جامعه داشته باشد .یکی از پرکاربردترین روش‌های ذخیره انرژی گرمایی استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در مخازن ذخیره انرژی گرمایی نهان است .از جمله مزیت‌های این مواد گرمای نهان بالای آنها است که در نتیجه قابلیت ذخیره انرژی گرمایی زیادی را خواهند داشت .اما عیب اصلی آنها، یعنی پایین بودن ضریب هدایت گرمایی باعث می‌شود انتقال گرما در مواد تغییر فاز دهنده به ویژه در فرایند انجماد به کندی صورت گیرد .بنابراین روشهای گوناگونی از جمله استفاده از سطوح گسترش یافته یا پره‌ها برای بهبود آهنگ انتقال گرمای این مواد پیشنهاد شده است .ادامه چکیده به دلیل ناپایا و غیر خطی بودن مسأله انتقال گرما در مواد تغییر فاز دهنده و وجود مرز متحرک مایع- جامد، حل تحلیلی این نوع مسائل محدود به شرایط مرزی ساده برای مخازنی با شکل هندسی ساده و یک بعدی می‌باشد .بنابراین خلاء موجود در ادبیات فن برای مدل‌های تحلیلی- تقریبی در فرایند تغییر فاز و برای هندسه‌های مختلف و دو بعدی مخزن ذخیره انرژی گرمایی کاملا احساس می‌شود .لذا هدف اصلی در کار حاضر ارائه یک مدل تحلیلی- تقریبی جهت بررسی فرایند انجماد در مخازن ذخیره انرژی گرمایی پره دار است .پر کاربردترین شکل هندسی این مخازن، مخازن مکعبی و مخازن استوانه‌ای است که در این کار، مدل‌های تحلیلی- تقریبی برای این نوع مخازن در هندسه دو بعدی با بکارگیری پره تخت و با شرایط مرزی مختلف ارائه شده است .همچنین یک مدل عددی بر اساس روش آنتالپی دو بعدی جهت مقایسه نتایج تحلیلی- تقریبی با نتایج عددی ارائه شده است .با استفاده از دو روش ذکر شده، مسأله انجماد در مخازن ذخیره انرژی با دو هندسه مستطیلی و استوانه‌ای توخالی تحلیل شده است .برای هر سه نوع شرایط مرزی گرمایی نتایج جهت پیش‌بینی موقعیت جبهه انجماد و توزیع دما در طول پره در زمان‌های مختلف و برای اندازه‌های مختلف مخازن بدست آمده که نشان دهنده تطابق بسیار خوبی بین روش تحلیلی و عددی می‌باشد .سپس زمان انجماد کامل مخزن برای شرایط مرزی گرمایی، هندسه و اندازه‌های مختلف بدست آمده است که در هر شرایط اندازه بهینه برای مخزن را می‌توان بدست آورد .با استفاده از تحلیل‌های صورت گرفته می‌توان تخمین اولیه خوبی برای طراحی مخازن ذخیره انرژی گرمایی در شرایط مختلف و یا سیستم‌های تهویه مطبوع بدست آورد .

In recent years, using thermal energy storage (TES) systems has been expanded in applications such as air conditioning, heating and cooling of water. Besides, various techniques have been employed to store thermal energy and such systems own very high potential in thermal energy storing. From an economic perspective, TES systems are good alternatives to help the plants that are large consumers of heat energy. Generally, using TES systems are able to balance energy supply and demand and play an efficient role in optimizing energy consumption.The most widely used method for storing thermal energy is phase change materials (PCM) usage in the latent thermal energy storage (LHTS). The advantage of PCM refers to its high latent heat which makes it possible to store great amount of heat. On the other side, the main disadvantage is the low thermal conductivity causes low heat transfer rate in PCMs, especially in the solidification processes. Thus, a variety of methods including the use of extended surfaces (fins) have been proposed to improve the heat transfer rate.Heat transfer in PCMs storage is a transient, non-linear phenomenon with a moving solid-liquid interface, and the solutions to such problems are limited to simple boundary conditions with simple one-dimensional geometry. So there is lack of requirements for the semi-analytical models in the literature of phase change process in different two-dimensional geometries. The main goal of theAbstract (continued)present study is to provide a semi-analytical model to analyze solidification process in finned LHTS. The most used geometries for LHTS systems are rectangular and cylindrical shell. In this work, semi-analytical models are presented for two-dimensional geometries by imposing various thermal boundary conditions. Moreover, two-dimensional numerical model based on the enthalpy method is developed to compare the semi-analytical results. By employing these two methods, the solidification processes in rectangular and cylindrical shell geometries are analyzed. The analyses have performed for all three kinds of thermal boundary conditions to predict the position of the solid-liquid interface and the temperature distribution along the fin at different times for different sizes of LHTS. The results show the good agreement between semi-analytical model and numerical method. Furthermore, the total solidification time is obtained for variant thermal boundary conditions, different sizes and geometries to find the optimized LHTS systems. The derived analytical model provides a good prediction for the solid-liquid interface location and the time to solidify the PCM totally. These results are expected to be useful for enhancing the design of existing thermal energy storage systems, and for developing new ones.

مصفا،

فرامرز طلعتی، فرامرز، استادراهنما

بصیرت تبریزی، حسن، استادمشاور

سیاه و سفید

نمایه‌سازی قبلی