مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی تأثیرات جابجایی طبیعی در فرآیند ذوب و انجماد PCM داخل یک مخزن مستطیلی پره‏ دار به کمک LBM

نویسندگان
1 مدیر گروه سیالات دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه تبریز
2 دانشجوی دکتری/ دانشگاه تبریز
چکیده
استفاده از مواد تغییر فاز دهنده به منظور افزایش ظرفیت ذخیره/آزاد سازی انرژی، موضوع مورد مطالعه بسیاری از تحقیقات نوین در زمینه مدیریت عرضه انرژی است. مطالعه چنین سیستم‏هایی مستقیما با مسئله تغییر فاز جامد-مایع در ارتباط است، به طوریکه محاسبه توزیع دما، موقعیت جبهه تغییر فاز و کسر ماده جامد یا مایع شده به موضوع اساسی در این مسائل تبدیل می‏ شود. بررسی فرآیند انجماد و ذوب با در نظر گرفتن پدیده انتقال گرمای جابجایی آزاد در فاز مایع، هدف اصلی مقاله حاضر است. بدین منظور یک مخزن مستطیلی پرده‏ دار حاوی ماده تغییر فاز دهنده، در نظر گرفته شده است. وجود پره به منظور افزایش آهنگ انتقال گرما در نظر گرفته شده است. غوطه ور شدن فاز جامد داخل فاز مایع لزوم در نظر گرفتن شرط مرزی شناوری را روی مرز فاز جامد سبب می‏ شود. از این رو فرآیند ذوب با در نظر گرفتن اثرات جابجایی طبیعی و حرکت فاز جامد داخل فاز مایع مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اثرات جابجایی طبیعی در فرآیند انجماد نیز مطالعه شده است. با این تفاوت که در فرآیند انجماد نیازی به اعمال شرط مرزی شناوری وجود ندارد. روش عددی مورد استفاده روش بولتزمن شبکه‏ ای بوده و نتایج بر اساس اعداد بی‏ بعد گزارش شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، اثرات جابجایی طبیعی در فرآیند انجماد قابل صرف نظر است، در حالی که در نظر گرفتن اثرات جابجایی طبیعی تغییر چشم‏گیری در مدت زمان مورد نیاز برای ذوب کامل ماده تغییر فاز دهنده ایجاد می‏ کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical investigation of natural convection effects on the melting and solidification of PCM within a rectangular finned container using LBM

نویسندگان English

Faramarz Talati 1
Mohammad Taghilou 2
چکیده English

The use of phase-change material to enhance the capacity of energy storage/release is the subject of many new researches on management of the energy supply. Study of these systems is directly related to the solid-liquid phase-change problem, in which the evaluation of temperature distribution, position of phase-change front and liquid or solid fraction becomes a basic problem. Study of freezing and melting process with regard to natural convection in the liquid phase is the main purpose of the present paper. For this purpose, a rectangular finned container of phase-change material is intended. Fins are used to enhance the heat transfer rate. This fact necessitates the use of immersed boundary condition on the solid phase. Hence, the melting process considering the both effects of natural convection and movement of solid phase is studied. The freezing process is also studied taking into accounts the natural convection with no need to impose the immersed boundary condition. Lattice Boltzmann method is used as a numerical method and results are reported based on the dimensionless parameters. Based on the results, the effects of natural convection is negligible during freezing process, while imposing the effects of natural convection provides a significant change in the required time for complete melting of the phase change material.

کلیدواژه‌ها English

Solid-liquid phase-change
Natural Convection
Phase change material
Lattice Boltzmann Method