بررسی اثر دمای آب ورودی بر فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده در یک مبدل دو لوله ای به منظور ذخیره سازی انرژی حرارتی

چکیده: این مطالعه به طور عددی فرآیند انتقال حرارت با نیروی شناوری را در طی فرآیند ذوب شدن )ذخیره سازی( یک پارافین واکس تجاری که به عنوان ماده ی تغییر فاز دهنده، فضای حلقوی را در یک مبدل حرارتی دو لوله ای افقی پر کرده ، تحلیل میکند. 

برای این مدل معادلات گذرا و دو بعدی انرژی و اندازه حرکت با جریان آرام که با همدیگر کوپل شده اند، به صورت عددی توسط نرم افزار تجاری فلوئنت ۶/۳ و با استفاده از روش آنتالپی تخلخل حل میشوند. با گذر زمان موقعیت ناحیه ی مشی )مخلوط جامد و مایع( به صورت پلاتهای دما ثابت نشان داده میشوند. مجموع انرژی ذخیره شده ، سرعت ماکزیمم پارافین مذاب و کسری از ماده ی تغییر فاز دهنده ی که ذوب شده است، در زمان های مختلفی از فرآیند ذوب شدن برای سیال عامل ورودی با دماهای مختلف محاسبه شده اند. نتایج نشان میدهند که افزایش دمای سیال عامل ورودی موجب بهبود عملکرد حرارتی مبدل دو لوله ای میشود.

کلید واژه: روش آنتالپی متخلخل مواد تغییر فاز دهنده سیستم های ذخیره کننده، پارافین واکس، گرمای نهان، بازیافت اتلافات حرارت

     مطلب پیشنهادی (مواد تغییر فاز دهنده):

     تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

۱- مقدمه 

امروزه با مواجه شدن کشورها با بحران انرژی و گران بودن قیمت سوختهای فسیلی و از طرفی عدم اطمینان مردم و دولتها به نیروگاههای هسته ای، دانشمندان پیشنهاد دادند که برای پرکردن فاصله ی بین عرضه و تقاضای انررژی در بازار مصرف استفاده از انرژی های تجدید پذیر و ارزان همانند انرژی خورشیدی گسترش یابد. از طرفی مشکلی که در سیستمهای خورشیدی وجود دارد این است که همیشه خورشید در دسترس نیست، بنرابر این بیشتر سیستم های تبدیل کننده ی انرژی حرارتی خورشیدی نیازمند سیستمهای ذخیره کننده ی گرما می باشند. در میران روش های مختلف ذخیره کننده ی انرژی حرارتی، روش ذخیره سازی با گرمای نهان در دهه ی گذشته بیشتر مورد توجه بوده است. در میان مواد مختلف، مواد تغییر فاز دهنده بیشترین گرمای نهان را دارا هستند ولی مشکلی که باعث میشود این مواد دارای نرخ شارژ و تخلیه ی پایینی باشند، پایین بودن ضریب هدایت حرارتی این مواد است که محققان با به کارگیری فلزات با ضریب هدایت حرارتی بالا سعی در رفع این مشکل دارند. یکی از راههای به کار گیری فلزات به همراه مواد تغییر فاز دهنده استفاده از مبدلها است که در میان این سیستمها مبدل دولوله ای به علت حجم کم و پایین بودن افت فشار سیال عامل بیشتر مورد توجه قرار گرفته است و در بسیاری از کاربرد ها همانند کاربرد های فضایی، آبگرمکن های خورشیدی، بازیافت اتلافات حرارتی، سرمایش و گرمایش ساختمانها به کار میرود.

اولین کارهایی که بطور مستقیم بر روی کنترل و ذخیره سازی انرژی حرارتی با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده صورت گرفت، به دنبال پیشرفت سریع هوا فضا و الکترونیک در اواسط قرن بیستم برای برنامه های فضایی بوده است]فان و همکاران، ۲۰۱۱، ۲۷[.  بنتیلادر سال ۱۹۶۶ از طرف ناسا مأموریت یافت تا برای استفاده از سیستم های حاوی مواد تغییر فاز دهنده در کاربرد های فضایی تحقیق کند. وی بطور مختصر بر روی استفاده از قالبهای فلزی نظیر موم عسل بحث کرد. در آن زمان نمونه ی کندوی عسل بیشترین تأثیر را بر روی انتقال حرارت در مواد تغییر فاز دهنده گذاشته بود و بطور گسترده مورد استفاده قرار میگرفت.

ایده ی جدیدی که به تازگی مطرح شده استفاده از مبدل چند لوله ای به جای مبدل دولوله ای است، ]آگینیم و همکاران، ۲۰۱۰، ۱۵۵۲ [ بطور تجربی عملکرد این دو مبدل را با هم مقایسه کرد و نشان داد که نرخ ذوب مواد تغییر فاز دهنده و انرژی ذخیره شده در مبدل چندلوله ای بیشتر است. اما استفاده از مبدل های چندلوله ای هزینه و افت فشار بیشتری را نسبت به مبدل دولوله ای دارد و در کاربردهایی که سیال عامل لزجت کمتری دارند مثل هوا، بهتر است که از مبدل چندلوله ای استفاده شود. زمینه جدیدی که به تازگی مطرح شده، استفاده از این مبدلها به منظور بازیافت اتلافات حرارتی است برای مثال، آدانا در یک تحقیق تجربی از یک مبدل دولوله ای در ذخیره سازی اتلافات موجود در ماشین ظرفشویی استفاده کرد و نتایج نشان داد که حدود ۲۹ درصد از مصرف انرژی در این وسیله خانگی صرفه جویی میشود. آگینیم در زمینه ی استفاده از مبدل های دولوله ای در کاربردهای مختلف کارهای خوبی انجام داده است، وی بطور تجربی از یک مبدل دولوله ای حاوی مواد تغییرفاز دهنده برای ذخیره سازی الکتریسیته به صورت گرما در ساعات حداقل مصرف برق  )شب(  توسط پمپ حرارتی و استفاده از آن در طی روز و زمانی که قیمت برق گرانتر است استفاده کرد. آگینیم در مطالعه ای دیگر همین مبدل را به منظور تأمین حرارت مورد نیاز یک چیلر جذبی خورشیدی بکار برد. در این مطالعه از یک مبدل دو لوله ای در یک آبگرمکن خورشیدی جهت بهبود عملکرد آن استفاده شده است.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید.)

همین طور که مشاهده می شود بیشتر مطالعات صورت گرفته در این زمینه به صورت تجربی هستند و این به دلیل پیچیده بودن شبیه سازی فرآیند ذوب و پارامترهای حاکم بر آن است. از جمله پارامترهایی که در فرآیند ذوب بسیار تأثیرگذار است و در شبیه سازی ها نادیده گرفته میشود نیروی شناوری است که در این مطالعه نقش آن در فرآیند ذوب مورد بررسی قرار میگیرد. تعاریف مهمی که در این مطالعه به کار رفته اند عبارتند از:

الف ناحیه ی مشی: در مواد تغییر فاز دهنده ی ناخالص به دلیل وجود اختلاف بین دماهای ذوب و انجماد ، ناحیه ای  متخلخل که مخلوطی از مایع و ذرات جامد است ، تشکیل می شود. این ناحیه ، ناحیه ی مشی نامیده می شود.

ب مرز متحرک : به مرز بین جامد و مایع در مواد تغییر فاز دهنده ی خالص گفته می شود.

ج زمان آستانه : به زمانی گفته می شود که سرعت پارافین مذاب به شدت افت می کند و روند ذخیره سازی انررژی حرارتی کند می شود.

( جهت مطالعه متن کامل این قسمت فایل پیوست را دانلود نمایید. )

نتیجه گیری 

همینطور که دیده شد افزایش دمای سیال عامل ورودی موجب سرعت بخشیدن به فرآیند ذوب شدن پرارافین میشود. اما باتوجه به اینکه بعد از ذوب شدن پارافین موجود در نیمه ی بالایی بدل و کاهش اختلاف دما بین منبع )لوله ی داخلی( و پارافین ذوب شده و در نتیجه کم شدن سرعت پارافین مذاب به دلیل از کار افتادن فرآیند انتقال حرارت جابجایی، مکان ناحیه ی مشی بصورت یک خط افقی ثابت در نیمه ی پایینی مبدل تبدیل میشرود. بیشتر انرژی ذخیره شده از این زمان به بعد بصورت محسوس و توسط فرآیند انتقال حرارت هدایت ذخیره میشرود )البته این مقدار انرژی نسبت به انرژی ذخیره شده توسط گرمای نهان قابل توجه نیست(. از طرفی از ذوب نشدن حدود  ۲۰ تا ۳۰ درصد از پارافین موجود در فضای حلقوی میتوان نتیجه گرفت که افزایش دمای سیال عامل ورودی تنها سرعت ذوب شدن را افزایش میدهد و تأثیر چندانی بر موقعیت ناحیه ی مشی ندارد. موقعیت این ناحیه به دو عامل خواص مواد تغییر فاز دهنده و شکل هندسی مبدل بستگی دارد.

 

مشخصات

توسط: بهزاد عبدالملکی، محسن پرور، علی کاوسی نژاد تاریخ درج: ۱۳۹۴/۷/۵ منبع: دیتاسرا

خرید آنلاین

عنوان: بررسی اثر دمای آب ورودی بر فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده در یک مبدل دو لوله ای به منظور ذخیره سازی انرژی حرارتی حجم: 884.47 کیلوبایت قیمت: 89500 تومان رمز فایل (در صورت نیاز): www.datasara.com نرم افزارهای مورد نیاز: winrar - adobe acrobat - office

در صورتی که به هر دلیل از خرید خود رضایت نداشتید
تنها با ارسال یک ایمیل وجه خود را دریافت نمایید

تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره کننده های حرارتی PCM

 "پایان نامه مهندسی مکانیک مقطع کارشناسی ارشد - گرایش تبدیل انرژی" تحلیل و طراحی سیستم گرمایشی ساختمان مسکونی با استفاده از ذخیره­ کننده ­های حرارتی PCM   تهیه شده بصورت کاملا انحصاری توسط ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 449000 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مکانیک شکست (Fracture Mechanics)

مقدمه : یکی از عمده ‌ترین مسائلی که انسان از زمان ساختن ساده‌ترین ابزارها با آن مواجه بوده است پدیده شکست در اجسام می‌باشد و درواقع برای استفاده از مواد ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مفهوم اگزرژی (Exergy)، کاربردهای اگزرژی در تحلیل سیستم، یک نمونه تحلیل اگزرژی

مفهوم اگزرژی و کاربرد‌های اگزرژی در تحلیل سیستم: زمانی که قانون اول ترمودینامیک به عنوان اصل بقای انرژی بیان می شود، با کمیت اشکال مختلف انرژی سروکار داریم. از دیدگاه ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن ترجمه: 16

گروه: پایان نامه

Stable And Metastable State

مقدمه: گیبس در مقاله خود در سال 1873 به نام "روشی در توصیف هندسی خواص ترمودینامیکی مواد در سطوح" خلاصه ‌ای ابتدایی از قوانین معادله‌ی جدیدش را معرفی می‌کند که ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 89500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: پایان نامه

مطالعه عددی ذوب کردن در داخل حلقه‌های افقی متحد المرکز و خارج از مرکز

چکیده: این مقاله، به بررسی عددی روی ذوب مواد تغییرفازدهنده با استفاده از N-eicosane  در داخل یک سیلندر استوانه‌ای می‌پردازد. شبیه سازی عددی برای ذوب مواد تغییرفازدهنده  بین دو استوانه در حالت‌های متحدالمرکز و خارج از مرکز با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت که دمای اولیه‌ی آن C˚۱ است. استوانه‌ی داخلی، لوله‌ای با دیواره‌های داغ درنظر گرفته می‌شود در حالی‌که لوله‌ی ... [ ادامه مطلب ]

انرژی خورشیدی و کاربرد های آن در گرمایش،سرمایش و ذخیره سازی انرژی (فصل اول: انرژی خورشیدی)

خورشید منبع عظیم انرژی بلکه سرآغاز حیات و منشاء تمام انرژیهای دیگر است. در حدود ۶۰۰۰ میلیون سال از تولد این گوی آتشین می‌گذرد و در هر ثانیه ۲/۴ میلیون تن از جرم خورشید به انرژی تبدیل می‌شود. با توجه به وزن خورشید که حدود ۳۳۳ هزار برابر وزن زمین است. این کره نورانی را می‌توان به‌عنوان منبع عظیم انرژی ... [ ادامه مطلب ]

شبیه سازی عددی عملکرد حرارتی سیستم گرمایش از کف با مواد تغییر فاز محصور (PCM)

چکیده در مقاله حاضر، یک نوع از مواد تغییر فاز محصور گرمایش از کف آب گرم دما پایین و همچنین سیستم تابشی خورشیدی مورد بررسی یک ساختار ،PCM  قرار گرفته است . برای به دست آوردن بهترین عملکرد خواص جدید گرمایش ی طراحی گردیده که در آن لوله های انتقال حرارت در یک لایه محصور مواد تغییر فاز بدون بتن ریزی ... [ ادامه مطلب ]

دینامیک سیالات محاسباتی‎

فصل اول (معرفی CFD): برای حل جریان حول یک هندسه دلخواه از این روش ها استفاده می شود: روش تجربی، روش تحلیلی، روش عددی یا CFD هر یک از این روش ها کاربرد خاص خود را دارد و از مزایا و معایب خود برخوردار است.در روش تجربی از آزمایشگاه و تونل باد گرفته تا تست های واقعی پرواز استفاده می شود ... [ ادامه مطلب ]

اثبات ریاضی روابط پتانسیل شیمیایی

... [ ادامه مطلب ]

بررسی عددی اثر نرخ کرنش بر پیش بینی آسیب به کمک معیارحدشکل‌دهی دینامیکی در فرآیند شکل‌دهی ورق‌های فلزی با سرعت بالا

... [ ادامه مطلب ]

دستورالعمل طراحی و محاسبه سیستم روشنایی

 مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 30

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل طراحی مخزن فلزی هوایی بر اساس آیین نامه AISC با در نظر گرفتن نیروی باد و زلرله

 فایل پیش رو اکسل طراحی مخزن فلزی هوایی می باشد که بر اساس آیین نامه AISC و با در نظر گرفتن نیروی باد و زلرله محاسبات را انجام داده و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل تحلیل اتصال برشی دارای خروج از مرکزیت برای گروه پیچ

 این برنامه ظرفیت برشی اتصال پیچ و مهره ای دارای خروج از مرکزیت برای گروه پیچ را محاسبه می کند، ابزاری مناسب برای طراحی صفحات gusset و اتصالات پیچ و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل طراحی روسازی آسفالتی بر مبنای آیین نامه آشتو و استفاده از آزمایش ظرفیت باربری کالیفرنیا

 فایل پیش رو اکسل طراحی روسازی آسفالتی بر مبنای آیین نامه آشتو می باشد که با استفاده از نتایج آزمایش ظرفیت باربری کالیفرنیا CBR اطلاعات ورودی را تحلیل و نتایج را ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 79500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

طراحی ابعاد و سازه شالوده های عمیق (شمع ها و پایه های عمیق) در خشکی

 مجموعه دستورالعمل های ارائه شده در دیتاسرا شامل ضوابط و مراحل تحلیل و طراحی سازه های گوناگون صنعتی و بر اساس الزامات مندرج در آیین نامه های معتبر داخلی و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

صفحات متن اصلی: 27

گروه: دستورالعمل طراحی

تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیر بتن مسلح تقویت شده با FRP توسط Finite Element Method

 "پایان نامه مهندسی عمران مقطع کارشناسی ارشد - گرایش سازه" تحلیل غیرخطی و مدل سازی عددی تیر بتن مسلح تقویت شده با FRP توسط Finite Element Method   مشخصات کلی: شامل فایلهای word و ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

بررسی پارامترهای هندسی مهاربند زانویی

 "پروژه دانشجویی مهندسی عمران" بررسی پارامترهای هندسی مهاربند زانویی   مشخصات کلی: شامل فایلهای word و pdf بالغ بر 146 صفحه (4 فصل) فهرست مطالب فصل اول 1-1- مقدمه 1-2- شکل پذیری سازه ها 1-3- مفصل و لنگر پلاستیک 1-4- منحنی ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 129500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

شناسایی و رتبه بندی دلایل انحراف از هزینه پیش بینی شده و ارائه راهکارهای کاهش آن: مطالعه موردی پروژه های "پتروشیمی الف"

  "پایان نامه مهندسی عمران مقطع کارشناسی ارشد - گرایش مهندسی و مدیریت ساخت"   شناسایی و رتبه بندی دلایل انحراف از هزینه پیش بینی شده و ارائه راهکارهای کاهش آن: مطالعه ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 259500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

فایل اکسل جامع طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله)

فایل اکسل طراحی دیوار حائل (با در نظر گرفتن نیروی زلزله) دیوار حائل یا سازه نگهبان بنایی است که به منظور تحمل بارهای جانبی ناشی از خاکریز پشت دیوار، سازه مجاور، ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 119500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیون تجهیزات افقی، قائم و پیت (Air Separation Units, Heat Exchangers, Drums, Pits...)

2 فایل اکسل مجزا جهت طراحی فونداسیونهای تجهیزات: Air Separation Units, Heat Exchangers, Horizontal & Vertical Drums, Pits پالایشگاه ها و مجتمعهای پتروشیمی مجموعه هایی متشکل از تجهیزات گوناگون صنعتی هستند؛ تجهیزاتی ... [ ادامه مطلب ]

قیمت: 99500 تومان

 مشخصات کلی: 

گروه: دستورالعمل طراحی