بررسی عملکرد حرارتی ماده تغییر فاز در یک مبدل حرارتی پوسته و لوله چرخان

در بررسی این پژوهش یک مطالعه عددی سه بعدی برای بررسی رفتار حرارتی ماده تغییر فاز در یک سامانه ذخیره سازی حرارتی نهان از نوع پوسته و لوله چرخان انجام شده است. شبیه سازی ها با استفاده از روش حجم محدود صورت گرفته و شرایط مختلف چرخش شامل حالت ساکن، ۱۸۰°, ۳۶۰° و ۷۲۰°، همراه با زوایای تمایل ۰°, ۲۲.۵° و ۴۵° در دو دمای ورودی سیال انتقال حرارت برابر با ۴۰° و ۵۰° مورد بررسی قرار گرفته اند تا اثر این عوامل بر عملکرد انتقال حرارت و میزان ذخیره انرژی ارزیابی شود. هدف اصلی از بررسی این تحقیق رفع محدودیت رسانایی حرارتی پایین مواد تغییر فاز است که کارایی آن ها را در سامانه های ذخیره سازی انرژی حرارتی کاهش می دهد. برخلاف مطالعات پیشین که عمدتا بر چرخش لوله حامل سیال یا به کارگیری روش های بهبود غیر فعال مانند پره ها و محیط های متخلخل تمرکز داشتند، در این بررسی یک رویکرد جدید مبتنی بر چرخش زاویه ای کل سامانه ذخیره سازی پیشنهاد شده است. این روش به عنوان یک راهکار جایگزین مطرح گردید که از برخی محدودیت های روش های رایج مانند پیچیدگی ساختاری، افزایش جرم سامانه و کاهش حجم موثر PCM اجتناب می کند. نتایج نشان داد که افزایش سرعت چرخش نقش مهمی در تسریع فرآیند ذوب PCM دارد و اثر چرخش به ویژه در شرایط دمای ورودی پایین تر سیال انتقال حرارت برجسته تر است. به طور مشخص، چرخش ۷۲۰° موجب کاهش زمان ذوب در محدوده ۲۴.۲ تا ۶۱.۵ درصد نسبت به حالت بدون چرخش شده است. همچنین حرکت دورانی باعث یکنواخت تر شدن توزیع دما در داخل PCM گردید که در نهایت به بهبود بازده ذخیره انرژی منجر شد. بر اساس این یافته ها اعمال حرکت چرخشی می تواند به عنوان یک راهکار موثر برای بهینه سازی سامانه های ذخیره سازی حرارتی مبتنی بر مواد تغییر فاز مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه ها:

مواد تغییر فاز ، پوسته و لوله ، مبدل حرارتی