مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تجربی اثر ارتعاشات مکانیکی بر نرخ تشکیل یخ در فرایند انجماد آب در سامانه ذخیره‌ساز یخ روی کویل

نویسندگان
1 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک دانشگاه شهید بهشتی
2 دانشکده مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی
3 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه شهید بهشتی، تهران
چکیده
راهکارهای مختلفی برای حل مشکل همزمانی پیک بار برودتی و ساعات اوج مصرف انرژی الکتریکی ارائه گردیده است. یکی از این راهکارها ذخیره‌سازی بار سرمایشی به صورت یخ در زمان کم باری می‌باشد. از انواع پرکاربرد سامانه‌های ذخیره‌سازی، می‌توان به سیستم ذخیره‌ساز یخ روی کویل اشاره کرد. اما نرخ انتقال حرارت پایین در این سامانه به عنوان یک چالش مطرح می‌باشد. با توجه به ضریب انتقال حرارت پایین یخ، با شروع شکل‌گیری یخ از انتقال حرارت بین مبرد درون کویل و مخزن کاسته می‌شود. لذا یک ایده در مورد افزایش نرخ انتقال حرارت این است که شروع انجماد مدتی به تاخیر انداخته شود تا همچنان سازوکارهای انتقال حرارت جابجایی طبیعی در مجاورت کویل حفظ شود. در پژوهش پیش رو به منظور بررسی این ایده از ارتعاشات مکانیکی برای به تاخیر انداختن شروع انجماد در سامانه ذخیره‌ساز یخ روی کویل، بهره گرفته شده است. با انجام آزمایش‌هایی اثر فاصله عرضی و طولی قرارگیری ویبراتور بر مقدار تولید یخ، در داخل مخزن ذخیره‌ساز سرما بررسی شد. نتایج نشان داد قرار دادن ویبراتور در وسط کویل نسبت به دو سر آن، منجر به افزایش بیشتری در مقدار یخ تشکیل شده می‌گردد. مشخص شد اعمال ارتعاشات مکانیکی باعث به تاخیر افتادن انجماد و دمای زیر سرد پایین‌تر می‌شود. همچنین نشان داده شد میزان یخ تشکیل شده تابعی از دمای زیرسرد و زمان تاخیر انجماد می‌باشد. در انتها، مقدار مصرف انرژی ویبراتور و کاهش مصرف انرژی در زمان بیش‌باری محاسبه گردید.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental study of the effect of mechanical vibration on the water solidification rate in ice-on-coil energy storage system

نویسندگان English

Mohammad hasan Ojari 1
Hamid Jannesari 2
Abbas Rouhani Bastami 3
Poyan Hashemi Tari 3
1 Department of Energy and Mechanical Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
2 استادیار
3 Department of Energy and Mechanical Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده English

Various solutions have been suggested to overcome the issue when cooling peak hours and electric energy consumption coincide. One of the solutions is to store the cooling load at off-peak hours. One of the most conventional types of storage systems is the ice-on-coil storage system. The low heat transfer rate in this system is one of the challenges. Since the conduction heat transfer coefficient of ice is low, by starting the ice formation, the heat transfer between the refrigerant inside the coil and the reservoir’s water will reduce. One idea to increase the heat transfer rate is to postpone the starting time of the freezing process to keep active the natural convection mechanism. In the present study, mechanical vibration has been used to linger freezing initiation in ice-on-coil energy storage system. The effect of longitudinal and lateral positioning of the probe, on the amount of temperature and initiation time of freezing as well as the amount and structure of formed ice has been investigated. The results revealed that placing the vibrator at the middle of coil over its two ends leads to further increase in the amount of formed ice. It is found that applying mechanical vibration can postpone the initiation time of the freezing process and decrease the subcooling temperature. Moreover, it is shown that the amount of ice formation is a function of subcooling temperature and initiation time of freezing. Finally, the energy consumption of the vibrator and the energy consumption reduction in peak-hour are calculated.

کلیدواژه‌ها English

Water Freezing
Mechanical Vibration
Ice On Coil Storage System
[1] Y. H. Yau, B. Rismanchi, A review on cool thermal storage technologies and operating strategies, Renewable and Sustainable Energy Reviews, Vol. 16, No. 1, pp. 787-797, 1//, 2012.
[2] H. Jannesari, N. Abdollahi, Experimental and numerical study of thin ring and annular fin effects on improving the ice formation in ice-on-coil thermal storage systems, Applied Energy, Vol. 189, No. Supplement C, pp. 369-384, 2017/03/01/, 2017.
[3] M. Dalvi-Isfahan, N. Hamdami, E. Xanthakis, A. Le-Bail, Review on the control of ice nucleation by ultrasound waves, electric and magnetic fields, Journal of Food Engineering, Vol. 195, pp. 222-234, 2017/02/01/, 2017.
[4] A. Hosseinian, A. H. Meghdadi Isfahani, E. Shirani, Experimental investigation of surface vibration effects on increasing the stability and heat transfer coeffcient of MWCNTs-water nanofluid in a flexible double pipe heat exchanger, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 90, No. Supplement C, pp. 275-285, 2018/01/01/, 2018.
[5] A. Ciocănea, D. L. Burețea, The Influence of flow tube vibrations over the efficiency of solar water heating collectors, Energy Procedia, Vol. 112, No. Supplement C, pp. 330-335, 2017/03/01/, 2017.
[6] W. Liu, Z. Yang, B. Zhang, P. Lv, Experimental study on the effects of mechanical vibration on the heat transfer characteristics of tubular laminar flow, International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 115, No. Part A, pp. 169-179, 2017/12/01/, 2017.
[7] L. Zhang, J. Lv, M. Bai, D. Guo, Effect of Vibration on Forced Convection Heat Transfer for SiO2–Water Nanofluids, Heat Transfer Engineering, Vol. 36, No. 5, pp. 452-461, 2015/03/24, 2015.
[8] S. N. Ayrapetyan, A. M. Amyan, G. S. Ayrapetyan, The Effects of Static Magnetic Fields, Low Frequency Electromagnetic Fields and Mechanical Vibration on some Physicochemical Properties of Water, in: G. H. Pollack, I. L. Cameron, D. N. Wheatley, Water and the Cell, Eds., pp. 151-164, Dordrecht: Springer Netherlands, 2006.
[9] D. D. Ganji, A. Malvandi, 1 - Introduction to Heat Transfer Enhancement, in: Heat Transfer Enhancement Using Nanofluid Flow in Microchannels, Eds., pp. 1-12: William Andrew Publishing, 2016.
[10] A. Okuda, T. Nagasawa, S. Okawa, A. Saito, Research on Solidification of Water on Surface, Proceedings of 14th International Conference on the Properties of Water and Steam, Kyoto, Japan, August 29 - September 3, 2004.
[11] M. Akyurt, G. Zaki, B. Habeebullah, Freezing phenomena in ice–water systems, Energy Conversion and Management, Vol. 43, No. 14, pp. 1773- 1789, 2002/09/01/, 2002.
[12] C. A. Knight, N. Fletcher, The freezing of supercooled liquids, American Journal of Physics, Vol. 36, No. 5, pp. 466-467, 1968.
[13] R. R. Gilpin, The effect of cooling rate on the formation of dendritic ice in a pipe with no main flow, Journal of Heat Transfer, Vol. 99, No. 3, pp. 419- 424, 1977.
[14] T. H. Neighbors Iii, Chapter 4 - Absorption of Sound in Seawater, Applied Underwater Acoustics, Eds., pp. 273-295: Elsevier, 2017.