بررسي عددي انتقال حرارت در مبدل حرارتي سه‌لوله‌اي مارپيچ مبتني بر مواد تغيير فاز دهنده نانو

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي مكانيك

كارشناسي ارشد

هدف اين پژوهش، ارتقاي فرآيند ذوب مواد تغيير فازدهنده در يك مبدل حرارتي سه‌لوله‌اي مارپيچ است، به‌گونه‌اي كه اين سامانه بتواند به عنوان يك واحد ذخيره‌سازي انرژي حرارتي مطمئن و كارآمد مورد استفاده قرار گيرد و در عين حال با بهبود راندمان انتقال حرارت، امكان استفاده‌ي گسترده‌تر از انرژي‌هاي تجديدپذير و مديريت بهينه‌ي انرژي در كاربردهاي مختلف را فراهم سازد. اين سيستم با توجه به توانايي بالاي مواد تغيير فازدهنده در ذخيره و آزادسازي انرژي نهان، مي‌تواند نقش موثري در ارتقاي بازده انرژي و كاهش نوسانات عرضه و تقاضاي حرارت در كاربردهاي مهندسي ايفا كند. به‌منظور ارزيابي دقيق عملكرد، يك مدل عددي سه‌بعدي مبتني بر ديناميك سيالات محاسباتي در نرم‌افزار انسيس فلوئنت توسعه داده شد. شبيه‌سازي با استفاده از روش حجم محدود و مدل‌سازي انتقال حرارت در شرايط گذرا صورت گرفت و رفتار ذوب مواد تغيير فازدهنده با روش آنتالپي–تخلخل مورد تحليل قرار گرفت. پس از انجام فرآيند اعتبارسنجي، كه در آن نتايج عددي با داده‌هاي تجربي معتبر موجود در مراجع علمي مقايسه و تطابق مطلوب آن‌ها تاييد شد، اثر پارامترهاي طراحي و عملياتي مختلف بر فرآيند ذوب بررسي گرديد. اين پارامترها شامل گام مارپيچ مبدل حرارتي، نحوه‌ي جانمايي مواد تغيير فازدهنده درون لوله‌، سرعت و دماي ورودي سيال عامل و نيز افزودن نانوذرات اكسيد آلومينيوم و اكسيد مس در كسر حجمي‌هاي مختلف بود. نتايج نشان داد كه جانمايي مواد تغيير فازدهنده مطابق پيكربندي‌دوم، فرآيند ذوب را تا 37.15% بهبود مي‌دهد. همچنين، افزايش دماي ورودي سيال عامل از 60 به 85 درجه سانتي‌گراد منجر به كاهش 53.33% در زمان كامل ذوب شد. در مقابل، تغيير گام مارپيچ و سرعت سيال ورودي اثر ناچيزي بر بهبود زمان ذوب داشتند. در گام پاياني، به‌منظور ارتقاي سرعت ذوب، افزودن نانوذرات اكسيد آلومينيوم و اكسيد مس به مواد تغيير فازدهنده در كسر حجمي‌هاي 1%، 2% و 3% بررسي شد. شبيه‌سازي‌ها نشان داد كه زمان ذوب براي نانوذرات اكسيد آلومينيوم به ترتيب 11.3%، 12.1% و 13% و براي نانو ذرات اكسيد مس به ترتيب 7.5%، 9.5% و10.8% نسبت به حالت بدون نانوذرهكاهش مي‌يابد. نتايج اين پژوهش مي‌تواند به عنوان مرجع مناسبي در طراحي و بهينه‌سازي سامانه‌هاي ذخيره‌سازي انرژي حرارتي مبتني بر مواد تغيير فازدهنده در مبدل‌هاي مارپيچ چندلوله‌اي مورد استفاده قرار گيرد.

236587

تبديل انرژي

مهندسي مكانيك

دانشگاه صنعتي اصفهان