مطالعۀ عددی تاثیر فین‌های پله‌ای بر بهبود عملکرد یک سیستم ذخیرۀ حرارتی در حضور صفحۀ میانی و محیط متخلخل

در این پژوهش به بررسی تاثیر جهت و اندازۀ فین‌های پله‌ای بر بهبود عملکرد یک مبدل حرارتی سه‌لوله‌ای قائم در حضور صفحۀ میانی و محیط متخلخل پرداخته می‌شود. فرایند تغییر فاز سیستم ذخیرۀ حرارتی با استفاده از روش انتالپی-تخلخل نرم‌افزار انسیس فلوئنت 2020 شبیه‌سازی شده است. دمای اولیه و دمای سیال داغ گذرنده از مبدل حرارتی به‌ترتیب برابر با 15 و 50 درجۀ سانتی‌گراد است. همچنین عدد رینولدز سیال داغ گذرنده از مبدل حرارتی برابر با 1000 در نظر گرفته شده است. برای بررسی میزان تاثیر جهت و اندازۀ فین‌های پله‌ای بر بهبود راندمان حرارتی سیستم ذخیرۀ انرژی، کانتورهای کسر حجمی سیال و دمای مادۀ تغییر فازدهنده در حالت مادۀ تغییر فازدهندۀ خالص و همچنین مادۀ تغییر فازدهنده در بستر محیط متخلخل باهم مقایسه شده‌اند. با توجه به نتایج عددی به‌دست‌آمده، تاثیر مشخصات هندسی و جهت فین‌های پله‌ای بر بهبود فرایند تغییر فاز سیستم مذکور در حالت مادۀ تغییر فازدهندۀ خالص بیشتر از مادۀ تغییر فازدهنده در بستر محیط متخلخل است. همچنین میزان انرژی ذخیره‌شده در حالت مادۀ تغییر فازدهنده در بستر محیط متخلخل (حالت 3) نسبت به حالت مادۀ تغییر فازدهندۀ خالص 166.69 درصد افزایش خواهد یافت.

numerical study on the effects of step fins on improving the performance of a heat storage unit in the presence of a middle plate and porous medium

in the current paper, the effects of size and direction of step fins on improving the melting process of a vertical triple-tube heat exchange unit in the presence of a middle plate and porous medium are studied. the phase change process of the thermal energy storage unit is simulated using the enthalpy-porosity approach, developed in ansys fluent 2020 r2. the initial temperature and the temperature of heat transfer fluid, passing through the heat exchange unit, are supposed to be 15 and 50 c, respectively. furthermore, the reynolds number of the heat transfer fluid is assumed to be 1000. to evaluate the effects of step fins size and direction on boosting the melting process of the thermal unit, both liquid fraction and temperature contours of the cases with pure and composite pcm were compared. based on the obtained numerical data, the effects of step fins geometries and direction on improving the thermal performance of the unit in the cases of pure pcm were greater than those of composite pcm. it should also be mentioned that energy storage values of the case with composite pcm (case 3) increases by 166.69 % compared with that of the case with pure pcm.