مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهبود عملکرد ذخیره‌ساز‌های حرارتی نهان به کمک تغییر مسیر جریان‌های جابجایی طبیعی

نویسندگان
1 فارغ التحصیل کارشناسی
2 دانشکده مکانیک و انرژی دانشگاه شهید بهشتی
چکیده
فناوری‌های ذخیره انرژی حرارتی رویکردی نسبتا جدید در کاهش مصرف انرژی و ایجاد تعادل در مصرف، پیک‌سایی و افزایش سهم انرژی‌های تجدیدپذیر در تامین انرژی می‌باشند. با وجود محاسن زیاد، هنوز چالش‌هایی در مسیر توسعۀ ذخیره‌سازی انرژی حرارتی وجود دارد. یکی از این چالش‌ها، نرخ پایین شارژ و دشارژ در ذخیره‌سازهای حرارتی نهان می‌باشد. با توجه به وجود جریان‌های جابجایی طبیعی آرایش لوله‌های سیال و پره‌های حرارتی در بهبود عملکرد این سیستم‌ها نقش بسزایی ایفا می‌کنند. در این پژوهش نرخ ذخیره‌سازی انرژی در یک ذخیره‌ساز حرارتی نهانِ پوسته و لوله‌ به روش عددی، با استفاده از تکنیک آنتالپی-تخلخل مورد مطالعه قرار گرفت و تاثیر افزایش تعداد لوله‌های سیال، جا به جا کردن لوله‌ها به پایین محفظه در آرایش 4 لوله‌ای، تغییر فاصله لوله‌های بالایی و استفاده از پره‌های حرارتی به هم متصل شده محوری، بررسی شد. کانتورهای سرعت و دمای درون محفظه تحلیل شد و مشاهده گردید صرفا با افزایش تعداد لوله‌ها نمی‌توان مشکل نرخِ انتقال حرارت در پایان فرآیند را افزایش داد و لوله‌ها بایستی در پایین محفظه جایگذاری شده باشند. همچنین نشان داده شد پره‌های محوری می‌توانند باعث کند شدن جریان‌های جابجایی طبیعی و ایجاد نواحی بدون حرکت در سیال شوند که منجر به افت انتقال حرارت از لوله‌ها می‌شود. نتایج شبیه‌سازی پیش‌بینی می‌کند با به کارگیری آرایش چهارلوله‌ای که در آن لوله‌ها به سمت پایین و دیواره پوسته تغییر موقعیت داده‌اند، می‌توان زمان شارژ 0.95 از ظرفیت مبدل را تا یک چهارم زمان مشابه برای مبدل یک لوله‌ای، کاهش داد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Enhancement of latent heat thermal storage using natural convection deflection

نویسندگان English

Saeed Amirabdolahian 1
Hamid Jannesari 2
1 Bachelor graduate
2 استادیار
چکیده English

Thermal energy storing technologies are a new approach in reducing energy costs, managing demand side, pick shaving and increasing portion of renewable energies in energy production. In spite of lots of advantages of thermal energy storage techniques, there are still major challenges in the path of Latent heat thermal storages (LHTS). One of the challenges is the low charge and discharge rate of heat transfer in LHTS. In the current study charging rate of a shell and tube LHTS is numerically studied by enthalpy-porosity numerical technique. Exact positioning of the heat transfer tubes and thermal fins has great impact on the natural convection flows. In this study effect of increasing heat transfer tubes (HTF), lower positioning of tubes in four tubes configuration, changing upper tubes distance and using interconnected axial fins has been studied and compared to each other. Moreover, velocity and temperature contours have been analyzed. Results demonstrated that increasing number of tubes could not solve the slowing rate of charging at the end of process and tubes need to be positioned lower in the tube. In addition, it was observed that heat transfer axial fins can decelerate convection flows and develop stationary areas inside the shell. Prediction results revealed by lowering tubes and closing them to the shell wall, introduced in this article, it is possible to decrease charging time of 0.95 of storage capacity to one fourth of similar time in a one tube LHTS.

کلیدواژه‌ها English

Latent heat thermal storage
Natural Convection
numerical study
Phase change material
extended surface