شبیه سازی ذخیره‌سازی انرژی از طریق ماده تغییر فاز دهنده قرار گرفته در نانوسیال با در نظر گرفتن خواص تابشی نانوذرات: روش شبکه بولتزمن

استفاده از مواد تغییر فاز دهنده برای ذخیره‌سازی انرژی و بهینه‌سازی مصرف آن در سیستم‌های تاسیساتی ساختمان و فرآیندهای صنعتی یکی از راهکارهای نوین می‌باشد. در این پژوهش، روش شبکه بولتزمن برای شبیه‌سازی ذخیره‌سازی انرژی به وسیله یک بلوک ماده تغییر فازدهنده که درون نانوسیال به عنوان محیط واسط انتقال انرژی قرار دارد، استفاده شده است. در این مساله تبادل انرژی از دیواره گرم به منبع سرد از طریق جریان همرفت طبیعی و تابش حجمی نانوسیال صورت می‌پذیرد که بلوک حاوی مواد تغییر فاز دهنده در وسط این محفظه قرار دارد. بر این اساس، تمام معادلات حاکم، از جمله معادله تابش حجمی، با روش شبکه بولتزمن حل می‌شوند. نانوسیال از نانوذرات آلومینیوم اکسید تشکیل شده است و خواص تابش واقعی آنها در معادله تابش لحاظ شده است. در مقاله حاضر اثرات همرفت طبیعی و تابش حجمی برای اندازه‌های مختلف بلوک‌ بررسی گردید. نتایج به‌دست‌آمده نشان می‌دهد که اندازه بلوک به‌طور محسوسی بر الگوهای دما تاثیر می‌گذارد. همچنین مشاهده گردید که انتخاب بلوک بزرگتر از حدود نصف محفظه واسط انتقال انرژی باعث می‌شود که تمام مواد تغییر فاز دهنده ذوب نشوند و از ظرفیت ذخیره سازی انرژی به طور کامل استفاده نگردد.

simulation of energy storage through phase change material placed in nanofluid considering the radiative properties of nanoparticles: lattice boltzmann method

the use of phase change materials for energy storage and optimization of its consumption in building installation systems and industrial processes is one of the new solutions. in this research, the lattice boltzmann method is used to simulate energy storage by a block of phase change material located inside the nanofluid as an energy transfer medium. in this problem, energy exchange from the hot wall to the cold source occurs through natural convection flow and volumetric radiation of the nanofluid, with the block containing the phase change material located in the middle of this enclosure. accordingly, all governing equations, including the volumetric radiation equation, are solved by the lattice boltzmann method. the nanofluid is composed of aluminum oxide nanoparticles and their real radiation properties are included in the radiation equation. in the present paper, the effects of natural convection and volumetric radiation were investigated for different block sizes. the obtained results show that the block size significantly affects the temperature patterns. it was also observed that choosing a block larger than about half of the energy transfer medium enclosure results in not all of the phase change material melting and the energy storage capacity not being fully utilized.