اثر افزایش تعداد و چیدمان لوله‏های سیال گرم بر رفتار ذوب ماده تغییر فاز دهنده در مبدل حرارتی سه لوله‏ای

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه علوم و فنون بابل، بابل

2 استادیار، مهندسی مکانیک، دانشگاه گلستان، گرگان

3 استاد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل

4 دانشجوی کارشناس ارشد، مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل، بابل

چکیده

در این مقاله به بررسی عددی رفتار ذوب ماده تغییر ‏فاز ‏دهنده در یک مبدل حرارتی سه لوله‏ای به صورت سه بعدی پرداخته شده است. آب به عنوان سیال گرم در لوله‏های داخلی و خارجی جریان داشته و فضای میانی لوله‏ها با RT35 به عنوان ماده ‏تغییر ‏فاز ‏دهنده پر شده است. هدف اصلی در این مطالعه بررسی اثر افزایش تعداد لوله‏های داخلی سیال گرم و چیدمان آن‌ها بر روی فرآیند ذوب ماده تغییر فاز دهنده می‏باشد. هم‏چنین مقایسه‌ای بین مبدل حرارتی سه لوله‌ای و دو لوله‌ای صورت پذیرفته است. به منظور مدل‏‏سازی فرآیند تغییر فاز از روش آنتالپی متخلخل استفاده شده است. نتایج حاکی از غالب بودن مکانیزم هدایت در ابتدای فرآیند ذوب بوده و با گذشت زمان جابه‏جایی طبیعی مکانیزم اصلی انتقال حرارت می‏گردد. با افزایش تعداد لوله‏های داخلی سیال گرم به علت افزایش سطح انتقال حرارت داخلی، شدت مکانیزم جابه‏جایی طبیعی درون پوسته بیشتر شده که باعث کاهش قابل توجهی در زمان ذوب می‏گردد. افزایش تعداد لوله داخلی در مبدل سه لوله‌ای از یک به چهار عدد باعث کاهش 29 درصدی زمان ذوب می‌گردد. چیدمان لوله‌های داخلی در حالت پخش نرخ ذوب را افزایش می‌دهد. در مبدل حرارتی سه لوله‌ای در مقایسه با دو لوله‌ای در شرایط مرزی یکسان، زمان ذوب 80 درصد کمتر می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Medrano M, Yilmaz MO, Nogués M, Martorell I, Roca J, Cabeza LF )2009) Experimental evaluation of commercial heat exchangers for use as PCM thermal storage systems. Appl Energy 86: 2047-2055.

[2] Adine HA, Qarnia HE (2009) Numerical analysis of the thermal behavior of a shell and tube heat storage unit using phase change materials. Appl Math Model 33(4): 2132-2144.

[3] Rabienataj Darzi AA, Farhadi M, Sedighi K (2012) Numerical study of melting inside concentric and eccentric horizontal annulus. Appl Math Model 36: 4080-4086.

[4] Sari A, Kaygusuz K (2002) Thermal and heat transfer characteristics in a latent heat storage system using lauric acid. Energ Convers Manage 43(18): 2493-2507.

[5] Rathod MK, Banerjee J (2015) Thermal performance enhancement of shell and tube latent heat storage unit using longitudinal fins. Appl Therm Eng 85: 1084-1092.

[6] Agyenim F, Eames P, Smyth M (2010) Heat transfer enhancement in medium temperature thermal energy storage system using a multitube heat transfer array. Renew Energ 35: 198-207.

 [7] Rahimi M, Ranjbar AA, Ganji DD, Sedighi K, Hosseini MJ (2014) Experimental Investigation of Phase Change inside a Finned-Tube Heat Exchanger. J Eng 2014:1-11.

 [8] Mat S, Al-Abidi AA, Sopian K, Sulaiman MY, Mohammad A Th (2013) Enhance heat transfer for PCM melting in triplex tube with internal–external fins. Energ Convers Manage 74: 223-236.

[9] Al-Abidi AA, Mat S, Sopian K, Sulaiman MY, Mohammad A Th (2013) Internal and external fin heat transfer enhancement technique for latent heat thermal energy storage in triplex tube heat exchangers. Appl Therm Eng 53: 147-156.

[10] Al-Abidi AA, Mat S, Sopian K, Sulaiman MY, Mohammad A Th (2013) Numerical study of PCM solidification in a triplex tube heat exchanger with internal and external fins. Int J Heat Mass Tran 61(1): 684-695.

[11] Hosseini MJ, Ranjbar AA, Rahimi M, Bahrampouri R (2015) Experimental  and  numerical  evaluation  of  longitudinally finned  latent heat  thermal  storage  systems. Energ Buildings 99: 263-272.

[12] Hosseini MJ, Rahimi M, Bahrampoury R (2015) Thermal analysis of PCM containing heat exchanger enhanced with normal annular fines. Mech Sci 6: 221-234.

[13]  Hosseini MJ, Rahimi M, Bahrampouri R (2014) Experimental and computational evolution of a shell and tube heat exchanger as a PCM thermal storage system. Int Comm Heat Mass Tran 50: 128-136.

[14] Rahimi M, Ranjbar AA, Ganji DD, Sedighi K, Hosseini MJ, Bahrampoury R (2014) Analysis of geometrical and operational parameters of PCM in a fin and tube heat exchanger. Int Comm Heat Mass Tran 53: 109-115.

[15] Al-Abidi AA, Mat S, Sopian K, Sulaiman MY, Mohammad A Th (2014) Experimental study of melting and solidification of PCM in a triplex tube heat exchanger with fins. Energ Buildings 68: 33-41.

[16] Hosseini MJ, Ranjbar AA, Sedighi K, Rahimi M (2012) A combined experimental and computational study on the melting behavior of a medium temperature phase change storage material inside shell and tube heat exchanger. Int Comm Heat Mass Tran 9(39): 1416-1424.

[17] Ismail KAR, Lino FAM, Silva RCR da, Jesus AB de, Paixão LC (2014) Experimentally validated two-dimensional numerical model for the solidification of PCM along a horizontal long tube. Int J Therm Sci 75: 184-193.

[18] Hosseini MJ, Ranjbar AA, Sedighi K, Rahimi M (2013) Melting of nanoprticle-enhanced phase change material inside shell and tube heat exchanger. J Eng 2013(17): 1-8.

[19] Pahamli Y, Hosseini Kahsari SMJ, Ranjbar AA (2015) Investigating  geometrical and flow parameters in behavior of melting Phase Change Material in a double pipe heat exchanger. Modares Mech Eng 15 (10): 183-191. (In Persian)

[20] Esapour M, Hosseini MJ, Ranjbar AA, Pahamli Y, Bahrampoury R (2016) Phase change in multi-tube heat exchangers. Renew Energ 85:  1017-1025.

[21] Ranjbar AA, Kashani S, Hosseinizadeh SF, Ghanbarpour M (2011) Numerical heat transfer studies of a latent heat storage system containing nano-enhanced phase change material. Therm Sci 15 (1): 169-181.

[22] Brent AD, Voller VR, Reid KJ (1988) Enthalpy-porosity technique for modeling convection-diffusion phase change, application to the melting of a pure metal. Numer Heat Transfer 13(3): 297-318.

[23] Voller VR, Prakash C (1987) A fixed grid numerical modeling methodology for convection-diffusion mushy region phase change problems. Int J Heat Mass Tran 30(8): 1709-1719.