اثر جهت جریان سیال انتقال گرما بر عملکرد گرمایی مخازن عمودی پوسته و لوله حاوی ماده تغییرفازدهنده هنگام فرآیندهای ذخیره‌سازی و تخلیه

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی سهند، تبریز، ایران

چکیده

در این مطالعه، با استفاده از شبیه‌سازی عددی، اثر جهت جریان سیال انتقال گرما بر عملکرد گرمایی مخزن عمودی حاوی ماده تغییرفازدهنده از نوع پوسته و لوله در هنگام فرآیندهای ذخیره‌سازی و تخلیه بررسی شده است. سه ضخامت مختلف اما با حجم یکسان برای ناحیه پوسته در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد که با کاهش ضخامت پوسته، به دلیل افزایش طول و سطح تبادل گرمایی و کاهش مقاومت رسانش گرمایی داخل ماده تغییرفازدهنده، زمان ذوب و انجماد کاهش می‌یابد. به طوری که با کاهش قطر پوسته از cm 2/2 به cm 9/1، زمان ذوب به میزان 32% و زمان انجماد به میزان 39% کاهش می‌یابد. همچنین نتیجه‌گیری شد که اگرچه تغییر جهت جریان از رو به پایین به رو به بالا در هنگام ذوب، زمان ذوب کامل را تا 9/15% کاهش می‌دهد، جهت جریان رو به پایین به دلیل عملکرد بهتر در ذخیره‌سازی انرژی گرمایی محسوس، دارای نرخ بالاتری از ذخیره‌سازی انرژی گرمایی است. در مورد فرآیند انجماد نیز نتیجه مشابهی برای عملکرد بهتر جریان رو به بالا در تخلیه انرژی به دست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • Soltani H, Soltani M, Karimi H, Nathwani J. Heat transfer enhancement in latent heat thermal energy storage unit using a combination of fins and rotational mechanisms. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021;179:121667.
  • Gautam A, Saini A review on sensible heat based packed bed solar thermal energy storage system for low temperature applications. Solar Energy. 2020;207:937-56.
  • Chen C, Xia Q, Feng S, Liu Q. A novel solar hydrogen production system integrating high temperature electrolysis with ammonia based thermochemical energy storage. Energy Conversion and Management. 2021;237:114143.
  • Qu J, Zuo A, Liu H, Zhao J, Rao Z. Three-dimensional oscillating heat pipes with novel structure for latent heat thermal energy storage application. Applied Thermal Engineering. 2021;187:116574.
  • گشایشی ح، ادیبی طوسی س، بررسی آزمایشگاهی آب شیرین کن خورشیدی پلکانی همراه با کندانسور خارجی و منبع ذخیره انرژی گرمایی، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1399، د. 50، ش. 3، ص 195-203.
  • گچکاران آ، جدا ف، طراحی و بهینه سازی یکپارچه آب شیرین کن خورشیدی با ذخیره سازی انرژی گرمایی به کمک مواد تغییر فاز دهنده، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1398، د. 49، ش. 1، ص 235-244.
  • رستمیان ف، اعتصامی ن، حقگو م، کنترل دمای برد الکترونیکی با بکارگیری چاه گرمایی حاوی ماده تغییر فاز دهنده استئاریک اسید، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1400، د. 51، ش. 4، ص 433-441.
  • اشرفی م، محمدیون ح، دیبایی م، محمدیون م، بهبود عملکرد گردآور خورشیدی و افزایش بهره وری انرژی خورشید با بکارگیری مواد تغییر فازی، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1400، د. 51، ش. 1، 29-38.
  • Zhao C, Opolot M, Liu M, Bruno F, Mancin S, Flewell-Smith R, Hooman K. Simulations of melting performance enhancement for a PCM embedded in metal periodic structures. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2021;168:120853.
  • He F, Yan B, Zou J, Hu C, Meng X, Gao W. Experimental evaluation of the effect of perforated spiral fins on the thermal performance of latent heat storage units. Journal of Energy Storage. 2023;58:106359.
  • Sharifi N, Faghri A, Bergman TL, Andraka CE. Simulation of heat pipe-assisted latent heat thermal energy storage with simultaneous charging and discharging. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2015;80:170-9.
  • Mahdavi M, Tiari S, Pawar V. A numerical study on the combined effect of dispersed nanoparticles and embedded heat pipes on melting and solidification of a shell and tube latent heat thermal energy storage system. Journal of Energy Storage. 2020;27:101086.
  • Iasiello M, Mameli M, Filippeschi S, Bianco N. Metal foam/PCM melting evolution analysis: Orientation and morphology effects. Applied Thermal Engineering. 2021;187: 116572.
  • Opolot M, Zhao C, Hooman K, editors. Heat transfer enhancement in phase change materials for thermal energy storage in concentrated solar power plants. 22nd Australasian Fluid Mechanics Conference, AFMC 2020; 2020: The University of
  • Zhao C, Opolot M, Liu M, Bruno F, Mancin S, Hooman K. Phase change behaviour study of PCM tanks partially filled with graphite foam. Applied Thermal Engineering. 2021;196:117313.
  • Hosseinizadeh S, Tan F, Moosania S. Experimental and numerical studies on performance of PCM-based heat sink with different configurations of internal fins. Applied Thermal Engineering. 2011;31(17-18):3827-38.
  • Huang Y, Liu X. Charging and discharging enhancement of a vertical latent heat storage unit by fractal tree-shaped fins. Renewable Energy. 2021;174:199-217.
  • نعمت پور کشتلی ا، شیخ الاسلامی م، بررسی عددی اثر افزایش تعداد و چیدمان لوله‌ داخلی درون مبادله‌کن گرمایی سه لوله‌ای بر رفتار انجماد مواد تغییر فاز دهنده با نانو ذرات Al2O3، مجله مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز. 1400، د. 51، ش. 1، ص 257-266.
  • Kibria M, Anisur M, Mahfuz M, Saidur R, Metselaar I. A review on thermophysical properties of nanoparticle dispersed phase change materials. Energy conversion and management. 2015;95:69-89.
  • Sodhi GS, Jaiswal AK, Vigneshwaran K, Muthukumar P. Investigation of charging and discharging characteristics of a horizontal conical shell and tube latent thermal energy storage device. Energy Conversion and Management. 2019;188:381-97.
  • Shen G, Wang X, Chan A, Cao F, Yin X. Study of the effect of tilting lateral surface angle and operating parameters on the performance of a vertical shell-and-tube latent heat energy storage system. Solar Energy. 2019;194:103-13.
  • Lu B, Zhang Y, Zhu J, Zhang J, Sun D. Enhancement of the charging and discharging performance of a vertical latent heat thermal energy storage unit via conical shell design. International Journal of Heat and Mass Transfer. 2022;185:122393.
  • Korawan AD, Soeparman S, Wijayanti W, Widhiyanuriyawan D. 3D numerical and experimental study on paraffin wax melting in thermal storage for the nozzle-and-shell, tube-and-shell, and reducer-and-shell models. Modelling and Simulation in Engineering. 2017;2017:9590214.
  • Sodhi GS, Kumar V, Muthukumar P. Design assessment of a horizontal shell and tube latent heat storage system: Alternative to fin designs. Journal of Energy Storage. 2021;44:103282.
  • Ghazani AS, Gholamzadeh A. The effect of conical shell and converging/diverging tube on the charging performance of shell and tube latent heat thermal energy storage system. Journal of Energy Storage. 2023;65:107262.
  • Hasan HA, Hassoon AS. Thermal performance investigation of finned latent heat storage of shell‐and‐tube, shell‐and‐nozzle, and shell‐and‐reducer models. Heat Transfer. 2023;52(7):4755-73.
  • Guo Z, Zhou W, Liu S, Kang Z, Tan R. Effects of Geometric Parameters and Heat-Transfer Fluid Injection Direction on Enhanced Phase-Change Energy Storage in Vertical Shell-and-Tube System. Sustainability. 2023;15(17):13062.
  • Longeon M, Soupart A, Fourmigué J-F, Bruch A, Marty P. Experimental and numerical study of annular PCM storage in the presence of natural convection. Applied energy. 2013;112:175-184.
  • Dai H, Jiang J, Wang W, Wang Y, He S, Gao M. Comparative study on melting and solidification processes of vertical shell-and-tube phase change heat exchanger with an improved conical inner tube. Applied Thermal Engineering. 2023;235:121383.
  • Zhang S, Pu L, Xu L, Liu R, Li Y. Melting performance analysis of phase change materials in different finned thermal energy storage. Applied Thermal Engineering. 2020;176:115425.

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار