حساسیت سنجی عملکرد گذرای یک مبدل حرارتی ذخیره ساز انرژی با روش دینامیک سیالات محاسباتی

مبدل های حرارتی ذخیره ساز انرژی از جمله تجهیزاتی هستند که عملکرد آن ها به طور مستقیم تحت تاثیر رفتار گذرای جریان و انتقال حرارت قرار دارد. در این مبدل ها، کاهش دمای سیال در بازه های زمانی کوتاه تنها با تکیه بر ظرفیت گرمایی پوسته ی جامد انجام می شود؛ ازاین رو ویژگی های هندسی و فیزیکی لوله ها نقش تعیین کننده ای در میزان کارایی آن ها دارند. در این پژوهش، با استفاده از شبیه سازی گذرای دینامیک سیالات محاسباتی و روش انتقال حرارت همبسته سیال–جامد، اثر پارامترهای طول، ضخامت و جنس لوله در یک مبدل حرارتی ذخیره ساز انرژی بررسی شده است. برای این منظور، چهار طول، چهار ضخامت و سه جنس مختلف لوله مورد تحلیل قرار گرفت. نتایج نشان می دهد که طول لوله اصلی ترین عامل موثر بر میزان کاهش دمای خروجی سیال است؛ به گونه ای که با افزایش طول تا ۴ برابر، دمای خروجی از ۵۳ به ۳۷ درجه سانتیگراد کاهش می یابد. در مقابل، تاثیر ضخامت و جنس لوله به دلیل کوتاه بودن بازه زمانی و محدود بودن افزایش دمای پوسته جامد و نرسیدن به حد اشباع ذخیره، ناچیز در حد ۰.۱ درجه سانتیگراد است. بررسی هم زمان کاهش دما و تلفات فشار سکون نشان داد که افزایش طول اگرچه عملکرد حرارتی را بهبود می بخشد، اما موجب رشد شدید تلفات فشاری می شود. بنابراین در طراحی مبدل ذخیره ساز انرژی، تعیین محدوده ی مشخص توجیه پذیر طول بسیار مهم است. این نتایج می تواند در طراحی بهینه مبدل های ذخیره ساز انرژی و انتخاب هندسه مناسب تحت شرایط گذرا کاربرد داشته باشد.

کلیدواژه ها:

مبدل های حرارتی ، خازن حرارتی ، انتقال حرارت همبسته سیال و جامد ، شبیه سازی گذرا مبدل حرارتی