آموزش شبیه سازی انتقال حرارت مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در یک مخزن ذخیرهANM-19098219
500,000 تومان
آخرین بروزرسانی : 30 آذر, 1400
بررسی اجمالی محصول
با خرید این محصول، ویدئوی آموزش شبیه سازی انتقال حرارت مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در یک مخزن ذخیره به همراه فایل شبکه بندی آن (msh.) را دریافت خواهید کرد.
تمامی محصولات شامل فایل های Geometry و Mesh بوده و آموزش محصولات به صورت یک جلسه آنلاین یک ساعته خواهد بود.
نقد و بررسی : آموزش شبیه سازی انتقال حرارت مواد تغییر فاز دهنده (PCM) در یک مخزن ذخیره
مقدمهای بر مواد تغییر فاز دهنده
مواد تغییر فاز دهنده (phase change material)، موادی با ترکیبات معدنی یا آلی هستند که قابلیت جذب و ذخیرهی مقدار زیادی از انرژی حرارتی نهان را در خود دارند. ذخیرهی انرژی حرارتی در این مواد، در طی فرایند تغییر فاز (فاز جامد به مایع و یا بالعکس) حاصل میگردد؛ به طوری که در زمان تغییر فاز از جامد به مایع، گرما را از محیط جذب کرده و در زمان تغییر فاز از مایع به جامد، گرما را به محیط پس میدهند. البته گرمای نهان در مواد تغییر فاز دهنده از سه حالت تغییر فاز جامد-جامد، جامد-مایع و جامد-گاز به دست میآید؛ اما از آنجایی که در حالت جامد-گاز، گرما یا فشار بسیار زیادی لازم است و حالت جامد-جامد نیز بسیار به کندی انجام میگیرد، بنابراین بیشتر مواد تغییر فاز دهنده در حالت جامد-مایع هستند. این مواد تغییر فاز دهنده دارای دماهای ذوب یا انجماد متنوعی میباشند و از اینرو در سیستمهای سرمایشی و گرمایشی مورد استفاده قرار میگیرند؛ بدین صورت که به عنوان مثال، این مواد گرمای محیط را در روز گرم در قالب گرمای نهان دریافت کرده و ذوب میشوند و سپس در هوای خنک شب، دوباره با تغییر فاز و فرایند انجماد، گرمای خود را به محیط پس میدهند. شکل زیر شماتیکی از نحوهی عملکرد مواد تغییر فاز دهنده را نشان میدهد.
تعریف مسأله
مسألهی حاضر به شبیهسازی عملکرد مواد تغییر فاز دهنده در یک مخزن ذخیره پرداخته است. این مواد تغییر فاز دهنده به صورت مجموعهای از شکلهای کروی درون فضای داخلی یک مخزن ذخیرهی استوانهای قائم به عنوان مخزن ذخیره جانمایی شدهاند. عملکرد این مواد تغییر فاز دهنده بدین صورت است که جریان آب از لولهی ورودی قرار گرفته در بالای مخزن با سرعت 0.1 متربرثانیه و دمای 343 کلوین وارد فضای داخلی مخزن میشود و با مواد تغییر فاز دهندهی کروی تبادل حرارتی انجام میدهد، و سپس جریان آبی که دچار افزایش یا کاهش دما شده است، از بخش بالائی مخزن به بیرون خارج میگردد. با توجه به این که ماهیت عملکردی مواد تغییر فاز دهندهی مدل حاضر بر مبنای تغییر فاز بین دو فاز جامد و مایع است، برای شبیهسازی از مدل solidification and melting استفاده شده است. از آنجایی که فرایند شبیه سازی از نظر زمانی به صورت ناپایا انجام گرفته است، مدت زمان شبیهسازی در بازهی 100 ثانیه و با گام زمانی 1 ثانیه صورت گرفته است. این شبیهسازی در چند حالت مختلف انجام گرفته است؛ بدین صورت که از دو نوع مادهی تغییر فاز دهنده به نامهای parafin و sat-g و در کرههایی با شعاعهای 4 سانتیمتر و 5 سانتیمتر و در دو دمای ذوب مختلف شامل 333.15 کلوین و 332 کلوین انجام گرفته است. هدف از مسألهی حاضر، بررسی رفتار سیالاتی و حرارتی مواد تغییر فاز دهنده و تغییرات نسبت جرم مایع موجود در مخلوط جامد و مایع، بر اساس ابعاد فیزیکی مواد تغییر فاز دهنده (شعاع کرهها)، دمای نقطهی ذوب و جنس مواد تغییر فاز دهنده میباشد.
گام 1) تعریف هندسه و شبکهبندی
هندسهی مدل مذکور به صورت سه بعدی و با استفاده از نرمافزار design modeler طراحی شده است. مدل حاضر شامل یک استوانهی قائم به عنوان مخزن ذخیره با دو لولهی باریک در بالای آن مخصوص ورودی و خروجی جریان میباشد که مجموعهای از اشکال کروی به عنوان مواد تغییر فاز دهنده درون فضای داخلی آن چیدمان شدهاند. استوانه دارای شعاع 32.3 سانتیمتر و ارتفاع 1.16 متر میباشد و اشکال کروی به تعداد 104 و با شعاع 4 سانتیمتر یا 5 سانتیمتر درون فضای داخلی آن قرار گرفتهاند. شکل زیر نمایی از هندسهی ترسیمی را نشان میدهد.
برای شبکهبندی مدل حاضر از نرمافزار ansys meshing و شبکهبندی بدون سازمان استفاده شده است. تعداد سلولهای تولید شده در مدل برابر 757886 میباشد. شکل زیر نمایی از شبکهبندی انجام گرفته را نشان میدهد.
گام 2) مراحل شبیهسازی
برای شبیهسازی مدل حاضر از چند فرض استفاده شده است:
- حل مسأله بر اساس دیدگاه مبتنی بر فشار (pressure-based) انجام گرفته است.
- شبیهسازی به بررسی رفتار سیالاتی و انتقال حرارتی پرداخته است.
- شبیهسازی مذکور از نظر زمانی به صورت ناپایا (unsteady) میباشد؛ زیرا هدف مسأله، بررسی رفتار مواد تغییر فاز دهنده در گذر زمان است.
- اثر گرانش زمین بر روی مدل معادل با 9.81 متربرمجذورثانیه و در راستای محور y در نظر گرفته شده است.
خلاصه ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است :
مدل ذوب و انجماد (solidification and melting)
از آنجایی که مسألهی حاضر مربوط به شبیهسازی مواد تغییر فاز دهندهی نوع جامد-مایع میباشد، این مدل که مخصوص فرایند تغییر فاز بین حالتهای جامد و مایع میباشد، مورد استفاده قرار گرفته است. در این روش برای رهگیری کامل جبههی مایع و جامد، به جای روش پیگیری مرز جامد و مایع به صورت صریح (explicit)، از تکنیک فرمولاسیون تخلخل آنتالپی (porosity-enthalpy) استفاده میشود. در منطقهای که دربرگیرندهی مایع و جامد است، یک ناحیهی خمیری جامد-مایع (Mushy zone) به وجود میآید که مانند محیط متخلخل رفتار میکند؛ به طوری که مقدار تخلخل این محیط برابر کسر حجمی مایع میباشد.
برای استفاده از مدل ذوب و انجماد باید حداکثر دمایی که در آن فقط فاز جامد حاکم است (Tsolidus)، حداقل حداقل دمایی که در آن فقط فاز مایع حاکم است (Tliquidus) و گرمای نهان ذوب حلال در حالتی که خالص باشد (Pure solvent melting heat) را برای مدل تعریف نمود. درواقع، هر مادهی تغییر فاز دهنده باید دارای پارامترهای فوق باشد.
همانطور که گفته شد، جنس مواد تغییر فاز دهنده خاص میباشد. در مسألهی حاضر از دو نوع جنس مختلف تحت عنوان parafin و sat-g استفاده شده است. بنابراین این مواد با خواص ترموفیزیکی مخصوص خود برای نرمافزار تعریف شدهاند. این مقادیر در جدول زیر نشان داده شدهاند.
گام 3) نتایج نهایی
این شبیه سازی در چهار حالت مختلف انجام گرفته است تا نتایج آنها با یکدیگر مقایسه گردند. در حالت اول جنس مواد تغییر فاز دهنده از parafin با نقطهی ذوب 333.15 کلوین و با شعاع 4 سانتیمتر میباشد، در حالت دوم جنس مواد تغییر فاز دهنده از sat-g با نقطهی ذوب 333.15 کلوین و با شعاع 4 سانتیمتر میباشد، در حالت سوم جنس مواد تغییر فاز دهنده از sat-g با نقطهی ذوب 332 کلوین و با شعاع 4 سانتیمتر میباشد، و در حالت چهارم جنس مواد تغییر فاز دهنده از sat-g با نقطهی ذوب 333.15 کلوین و با شعاع 5 سانتیمتر میباشد. همچنین در یک حالت، اصلاً از مواد تغییر فاز دهنده استفاده نشده است. پس از پایان فرایند حل، کانتورهای دو بعدی و سه بعدی مربوط به فشار، دما، سرعت و نسبت جرم مایع به جرم مخلوط مایع و جامد به دست آمدهاند. این کانتورها مربوط به ثانیهی پایانی فرایند حل میباشند. همچنین نمودار تغییرات نسبت جرمی مایع به جرم کل مواد تغییر فاز دهنده بر حسب زمان در طول فرایند شبیهسازی به دست آمدهاند.
کانتورهای ترسیمی زیر مربوط به حالت اول میباشد.
خدمات شرکت پردازشگران مهر
برای شبیه سازی انتقال حرارت در مخزن دخیره با استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) با ما تماس بگیرید. شرکت ما کارشناسان را در زمینه های مختلف مهندسی جمع آوری کرده است تا از کیفیت شبیه سازی CFD اطمینان حاصل شود. شرکت مهر اولین شرکتی است که شما می توانید با اطمینان خاطر سفارش پروژه CFD خود را آنلاین انجام دهید. یکی از اهداف ما این است که استفاده از روش های قدرتمند محاسباتی دینامیک سیالات را افزایش داده و مهندسان و کسانی که به دنبال دانش حرفه ای در CFD هستند را آموزش دهیم.
مشخصات فنی : ANM-19098219
نرم افزار جانبی | Ansys Design Modeler, Ansys Meshing |
---|---|
رژیم های سیالاتی | انتقال حرارت, جریان های چند فازی گسسته |
رشته ها | انرژی تجدید پذیر, قدرت, مکانیک |
نرم افزار اصلی | ANSYS |
ورژن نرم افزار اصلی | Ansys Fluent 18 |
دیدگاه
دیدگاهی ثبت نشده.