موسسه آموزش عالی صنعتی مازندران

دانشکده مهندسی مکانیک

پایان‌نامه دوره کارشناسی ارشد رشته مهندسی مکانیک گرایش تبدیل انرژی

موضوع:

تحلیل عددی ذخیره سازی انرژی گرمایی در مبدل های حرارتی با مواد تغییر فاز دهنده

اساتید راهنما:

پروفسورمفید گرجی

دکتر داوود دومیری گنجی

چکیده

ذخیره سازی انرژی گرمایی و مواد تغییر فاز دهنده جهت کاربرد در سیستم گرمایش و سرمایش ساختمان ها به موضوع مهمی در 20 سال گذشته تبدیل شده است. هنگامی که عدم تطابق میان تولید انرژی و زمان مصرف آن وجود داشته باشد مسئله ذخیره سازی انرژی اهمیت می یابد. در کار حاضر سیالی که در مبدل حرارتی  سه لوله ای در جریان است تحت تاثیر منبع گرما قرار میگیرد و این سیال سبب ذوب شدن ماده تغییر فاز دهنده ای می شودکه در حالت اولیه جامد است . در این پایان‌نامه به تحلیل عددی اثر سطوح گسترش یافته بر فرآیند ذوب پارافین  به منظور  کاهش اتلاف انرژی به صورت ناپایدار، دو بعدی ، با سیال  غیرقابل تراکم و جابجایی آزاد می‌پردازیم.  به منظور افزایش کارایی سیستم، پره های طولی درون مبدل حرارتی  قرار داده شده است. اثر تعداد ، ارتفاع و ضخامت پره ها و همچنین تغییر دمای سیال و جنس مبدل بر انتقال حرارت و فرایند ذوب پارافین مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج نشان داد که با افزایش هر کدام از پارامترهای تعداد، ارتفاع وضخامت پره زمان ذوب ماده تغییر فاز دهنده کاهش می‌یابد که تاثیر تعداد و ارتفاع محسوس‌تر است. همچنین افزایش دمای سیال ورودی  باعث افزایش انتقال حرارت از سیال به ماده تغییر فاز دهنده شده که موجب بهبود ذخیره سازی انرژی در سیستم می‌گردد. به علاوه،  با بررسی  جنس های مختلف مبدل، سیستم مورد مطالعه نتایج بهتری را برای جنس مس نشان داد.

کلمات کلیدی : تحلیل عددی ، مبدل حرارتی ، ماده تغییر فاز دهنده ، ذخیره سازی انرژی حرارتی .

فهرست مطالب

فصل اول: مقدمه  1

1- 1 مواد تغییر فاز دهنده (PCM) چیست؟ 2

1- 2 تاریخچه استفاده از مواد تغییر فازدهنده 2

1- 3 چگونگی عملکرد مواد تغییر فاز دهنده 2

1- 4 خصوصیات مواد تغییر فازدهنده 4

1- 5 انواع مختلف مواد تغییر فاز دهنده 5

1- 6 فرایند تغییر فاز 7

1- 7 کاربردهای مواد تغییر فازدهنده 9

1-7-1.. کاهش نوسانات دمایی در داخل ساختمان 11

1-7-2.. استفاده از ماده تغییر فازدهنده در سیستمهای خورشیدی 11

1-7-3.. مواد تغییر فاز دهنده و کاربرد آنها در منسوجات.. 12

1-7-3-1 فضانوردی.. 13

1-7-3-2 البسه ورزشی.. 13

1-7-3-3 لوازم خواب.. 13

1-7-3-4 کاربردهای پزشکی.. 14

1- 8 روش های ذخیره انرژی 14

1-8-1. ذخیره انرژی مکانیکی 14

1-8-2.. ذخیره انرژی الکتریکی 14

1-8-3.. ذخیره انرژی گرمایی 14

1-8-4.. ذخیره انرژی ترموشیمیایی 15

1- 9 مواد تغییر فاز دهنده و ذخیره سازی انرژی 15

1-9-1.. بازیافت اتلافات حرارتی در سیستم های تبرید تراکمی 18

1-9-2.. بازیافت اتلافات حرارتی در ساختمانها و گلخانه ها 19

1- 10…………………… روشهای افزایش انتقال حرارت 20

1-10-………………. میکروکانالها 21

1-10-2………………….. مواد افزودنی به مایعات   21

1-10-3……………………….. استفاده از نانو سیال 22

1-10-4………… استفاده از سطوح گسترش یافته 23

1-10-5 استفاده از پره‌های مخلوط کننده 24

1-10-6 افزایش انتقال حرارت گردابه‌ای 25

1-10-7……………………………… تزریق 25

1-10-8 مکش 25

1-10-9…………… ایجاد انقطاع و شکستگی در جریان 26

1-10-10 نوسان سطح و سیال 26

فصل دوم :  مروری بر کارهای گذشته 27

2-1. بررسی پیشینه کارهای انجام شده 28

فصل سوم  مدل سازی و تحلیل نتایج   43

3-1. مقدمه. 44

3-2. شبیه سازی مسئله. 44

3-2-1.. مقدمه ای بر دینامیک سیالات محاسباتی.. 44

3-2-2.. مقدمه ای بر فلوئنت… 46

3-2-3.. هندسه مسئله. 49

3-2-4 شبکه بندی.. 51

3-2-5.. حل مستقل از شبکه و حساسیت بازه زمانی.. 57

3-3. معادلات حاکم در این تحقیق.. 61

3-3-1.. شرایط مرزی و اولیه. 62

3-4. اعتبار سنجی.. 63

3-5. بررسی نتایج.. 66

3-5-1.. بررسی اثر تعداد پره ها 66

3-5-2  بررسی اثر ارتفاع پره ها 70

3-5-3.. بررسی اثر ضخامت پره ها 74

3-5-4  بررسی اثر جدا نمودن ماده تغییر فاز دهنده توسط پره ها 78

3-5-5.. بررسی اثر تغییرات جنس مبدل.. 82

3-5-6… بررسی اثر تغییرات دمای سیال  86

فصل چهارم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات   91

4-1. نتیجه‌گیری.. 92

4-2. پیشنهادات برای ادامه کار 93

مراجع   95

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید