شبیه سازی مواد تغییر فاز دهنده درون مبدل پوسته و لوله

شبیه سازی مواد تغییر فاز دهنده درون مبدل پوسته و لوله


پروژه حاضر به شبیه سازی عملکرد مواد تغییر فاز دهنده (PCM) درون یک مبدل پوسته و لوله با استفاده از نرم افزار ansys fluent پرداخته است. برای انجام این شبیه سازی، از مدل solidification and melting استفاده شده است و ماده تغییرفازدهنده مدل از جنس پارافین می باشد.

نقد و بررسی : شبیه سازی مواد تغییر فاز دهنده درون مبدل پوسته و لوله

شرح مسأله

مسأله حاضر به شبیه سازی عملکرد مواد تغییر فاز دهنده (PCM) درون یک مبدل پوسته و لوله پرداخته است. پوسته مبدل به عنوان مخزن حامل مواد تغییر فاز دهنده به شکل استوانه ای طراحی شده است و این مواد تغییر فاز دهنده به صورت یکنواخت درون فضای داخلی این مخزن پخش شده اند. از آنجایی که مواد تغییر فاز دهنده مدل حاضر بر مبنای تغییر فاز بین دو فاز مایع و جامد عمل می کنند، برای شبیه سازی کنونی از مدل solidification and melting استفاده شده است. مواد تغییر فاز دهنده قابلیت جذب و ذخیره مقدار زیادی از انرژی حرارتی نهان را در خود دارند. ذخیره انرژی حرارتی در این نوع مواد، در طی فرایند تغییر فاز (فاز جامد به مایع و یا بالعکس) حاصل می گردد؛ 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 می دهد. این مواد تغییر فاز دهنده دارای دماهای ذوب و یا انجماد متنوعی می باشند و از این رو در سیستم های سرمایشی و گرمایشی مورد استفاده قرار می گیرند؛ بدین صورت که به عنوان مثال، این مواد گرمای محیط را در روز گرم در قالب گرمای نهان دریافت کرده و ذوب می شوند و سپس در هوای خنک شب، دوباره با تغییر فاز و فرایند انجماد، گرمای خود را به محیط پس می دهند. در مدلسازی کنونی، مواد تغییر فاز دهنده از نوع ماده پارافین می باشند که دارای چگالی برابر با 750 kg.m-3، ظرفیت حرارتی ویژه 2000 j.kg-1.K-1، رسانش حرارتی برابر با 0.2 W.m-1.K-1 و ویسکوزیته برابر با 0.008 kg.m-1.s-1 می باشند. برای تعریف مدل ذوب و انجماد، حداکثر دمایی که در آن فقط فاز مایع حاکم است (Tsolidus) معادل با 314.15 K، حداقل دمایی که در آن فقط فاز مایع حاکم است (Tliquidus) معادل با 317.15 K، و گرمای نهان ذوب حلال در حالتی که خالص باشد (pure solvent melting heat) معادل با 255000 j.kg-1 می باشد. درون مخزن مورد نظر، یک لوله از جنس مس با ضخامت 0.001 m با مسیر پیچ در پیچ تبعیه شده است که وظیفه انتقال حرارت و درنتیجه، وقوع تغییر فاز بین مواد تغییر فاز دهنده را بر عهده دارد. جریان آب با دبی جرمی برابر با 1.4973 kg.s-1 و دمای برابر با 325.15 K درون این لوله جاری می باشد و وظیفه انتقال حرارت با مواد تغییر فاز دهنده موجود درون مخزن را بر عهده دارد. همچنین از فین هایی به شکل ضربدری درون مخزن و در مسیر لوله استفاده شده است که به تقویت انتقال حرارت کمک می کند. این فین ها از جنس مس با چگالی برابر با 8978 kg.m-3، ظرفیت حرارتی ویژه برابر با 381 j.kg-1.K-1 و رسانش حرارتی برابر با 387.6 W.m-1.K-1 می باشند. از آنجایی که فرایند شبیه سازی از نظر زمانی به صورت ناپایا انجام گرفته است، فرایند شبیه ­سازی در بازه­ی زمانی 880 s با گام زمانی 40 s انجام گرفته است.

 

گام اول) ترسیم هندسه و شبکه ­بندی

مدل حاضر به صورت سه بعدی و با استفاده از نرم ­افزار design modeler طراحی شده است. مدل شامل یک مخزن استوانه ای شکل به قطر 0.0485 m و ارتفاع 0.385 m می باشد که در فضای داخلی آن، لوله ای به قطر 0.0219 m با ساختاری پیچ در پیچ قرار گرفته است. در مسیر عبور این لوله نیز چند ردیف فین به فرم ضربدری تعبیه شده است.

 

 

شبکه ­بندی مدل حاضر با استفاده از نرم ­افزار ansys meshing انجام گرفته است. شبکه ­بندی به صورت بدون سازمان انجام گرفته و تعداد سلول­ های تولیدی در این مدلسازی برابر 2989887 است.

 

 

گام 2) مراحل شبیه ­سازی

برای شبیه ­سازی مدل حاضر، چند فرض در نظر گرفته شده است که عبارتند از:

  • شبیه­ سازی براساس دیدگاه مبتنی بر فشار (pressure-based) صورت گرفته است.
  • شبیه ­سازی در هر دو حالت سیالاتی و انتقال حرارتی انجام گرفته است.
  • شبیه ­سازی حاضر از نظر زمانی ناپایا (unsteady) می­باشد؛ یعنی مقدار تغییرات کسر جرمی مایع بر حسب زمان مورد بررسی قرار گرفته است.
  • اثر گرانش زمین (gravity) بر روی مدل نادیده گرفته شده است.

 

خلاصه ­ای از مراحل تعریف مسأله و تعریف حل آن در جدول زیر آمده است:

 

 

گام سوم) نتایج نهایی

پس از پایان فرایند حل، کانتورهای دو بعدی مربوط به دما و کسر جرمی مایع به دست آمده اند. این کانتورها در زمان مربوط به ثانیه آخر فرایند شبیه سازی حاصل شده اند.

 

 

نقد وبررسی

نقد بررسی یافت نشد...

اولین نفر باشید که نقد و بررسی ارسال میکنید... “شبیه سازی مواد تغییر فاز دهنده درون مبدل پوسته و لوله”

پیگیری سفارش
لیست مقایسه
شگفت انگیز ها
logo-samandehi