بررسی مدلسازی و شبیه سازی عددی واحد ذخیره سازی حرارت نهان پوسته و لوله مجهز به سامانه خورشیدی کمکی تحت شرایط متغیر حرارتی خورشیدی با هدف کاربردهای خانگی

به منظور کاهش اثر متناوب بودن انرژی خورشیدی، در بررسی این پژوهش یک واحد ذخیره سازی حرارت نهان از نوع پوسته لوله افقی که با یک کلکتور خورشیدی جذب مستقیم با راندمان بالا یکپارچه شده است، پیشنهاد شده است. تحلیل این سیستم به صورت عددی و با استفاده از نرم افزار COMSOL Multiphysics مبتنی بر روش اجزای محدود برای بررسی رفتار حرارتی گذرا سیستم ذخیره سازی انجام گرفته است. در این راستا، یک مدل دو بعدی محور متقارن از سیستم ذخیره سازی حرارت نهان پوسته لوله توسعه داده شد که در آن سیال انتقال حرارت در داخل لوله جریان داشته و ماده تغییر فاز در ناحیه پوسته قرار گرفته است. برای بررسی تاثیر تغییرات شدت تابش خورشیدی بر عملکرد سیستم، تغییرات دمای ورودی سیال انتقال حرارت در طول فرآیند شارژ مورد مطالعه قرار گرفت. در یک چرخه کامل شارژ و تخلیه، پارامترهایی نظیر تغییرات دمای خروجی سیال انتقال حرارت، دمای متوسط ماده تغییر فاز، کسر مایع PCM و مقدار انرژی ذخیره شده استخراج و تحلیل شد. علاوه بر این، مطالعه عددی برای ارزیابی عملکرد حرارتی سیستم در شرایط عملیاتی و هندسی مختلف گسترش یافت. اثر سه مقدار مختلف دبی جرمی سیال انتقال حرارت شامل ۵، ۱۰ و ۱۵ کیلوگرم بر ساعت و همچنین سه مقدار متفاوت شعاع خارجی واحد ذخیره سازی برابر با ۱۸.۵۶، ۲۴.۷۵ و ۳۰.۹۳ میلی متر بررسی شد. نتایج نشان داد که پس از چهار ساعت فرآیند شارژ با دبی جرمی، طول سیستم ۱۰۰ mm و ارتفاع ناحیه PCM به ۲۴.۷۵ mm، دمای خروجی سیال انتقال حرارت به ۷۴.۱۹°C، دمای متوسط PCM به ۶۷.۴۶°C، کسر مایع به مقدار یک ذوب کامل و انرژی کل ذخیره شده به ۴۶۹.۵۱ kJ رسیده است. در این شرایط اختلاف دمای متوسط بین ورودی و خروجی سیال انتقال حرارت برابر با ۵.۹ گزارش شد. افزایش دبی جرمی از ۵ kg/h به ۱۵ kg/h باعث افزایش ۴.۵۳ درجه دمای متوسط PCM شده و در نتیجه زمان کلی ذوب به میزان ۴.۵۴ کاهش یافته است. همچنین کمترین مقدار انرژی ذخیره شده برای شعاع ۰.۷۵R برابر با ۲۵۸.۴۷ و بیشترین مقدار آن برای شعاع ۰.۷۵ برابر با ۴۹۱.۰۴ به دست آمده است.

کلیدواژه ها:

مواد تغییر فاز ، پوسته و لوله ، ذخیره سازی انرژی حرارتی ، خورشیدی