پروژه دانشجویی مقاله شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک دینامیک سیالا

 پروژه دانشجویی مقاله شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی تحت word دارای 10 صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد پروژه دانشجویی مقاله شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی تحت word   کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

این پروژه توسط مرکز مرکز پروژه های دانشجویی آماده و تنظیم شده است

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی پروژه دانشجویی مقاله شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی تحت word ،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

---

بخشی از متن پروژه دانشجویی مقاله شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی تحت word :

چکیده

استفاده از منابع جدید انرژی و ابداع روش های نوین در راستای کاهش مصرف انرژی همواره مورد توجه بوده است. یکی از روش های نوین و کارآمد در ذخیره انرژی به فرم مناسب، استفاده از مواد تغییر فاز دهنده است. این مواد انرژی را به صورت گرمای نهان ذوب ذخیره می کنند . در سیستم های ذخیره انرژی از محفظه هایی با اشکال مختلف برای ذخیره مواد تغییر فاز دهنده استفاده می شود، که از بین آنها محفظه های کروی متداول تر می باشند. به دلیل نقش فرآیند های ذوب و انجماد در سیستم های ذخیره انرژی، بررسی رفتار مواد تغییر فاز دهنده در حین فرآیند ذوب و انجماد حائز اهمیت است. از آنجا که نمی توان جریان سیال را به طور مستقیم بررسی کرد، از دینامیک سیالات محاسباتی برای تجزیه و تحلیل جریان سیال استفاده می شود. در این تحقیق نمای فاز ذوب شده و جزء ذوب شده مواد تغییر فاز دهنده و جزئیات میدان دمایی در حین فرآیند ذوب محدود شده در یک محفظه کروی توسط دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شد . محاسبات براساس روش های عددی حجم محدود می باشد که منطبق بر فرمولاسیون آنتالپی تک دامنه است. پس از اعتبار سنجی مدل، اثر عامل ساب کولینگ (subcooling) اولیه بر این مواد بررسی شد. نتایج عددی با داده های تجربی مطابقت خوبی داشت.

واژه های کلیدی: ذوب محدود شده، مواد تغییر فاز دهنده، دینامیک سیالات محاسباتی

1

دومین کنفرانس بین المللی
شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک
رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی دینامیک سیالات محاسباتی

مقدمه

تولید و مصرف انرژی نقش اساسی در فعالیت های صنعتی و شهری دارد. در حال حاضر بیش از 80 درصد انرژی جهان از سوخت های فسیلی مانند نفت، گاز و ذغال تأمین می شود. احتراق سوخت های فسیلی آلودگی هوای قابل توجهی را تولید می کند که شامل موادی مانند سولفور، اکسید نیتروژن، هیدروکربن ها و دوده می باشد. در صنعت بیش از نیمی از انرژی ورودی به صورت گرمای تلف شده در گازهای دودکش و یا انرژی درجه پایین در آب خنک کننده از بین می رود. سیستم های ذخیره انرژی حرارتی(TES)1 وسیله ای برای مدیریت مؤثر انرژی مازاد و منابع انرژی طبیعی (مانند باد، خورشید، حرارت ناشی از زمین، حرارت اقیانوس ها) می باشند. به کارگیری چنین سیستم هایی به معنی صرفه جویی در توسعه نیروگاه ها و ساخت واحد های جدید برای رسیدن به افزایش ظرفیت است. اگرچه این سیستم ها انرژی را با هزینه بیشتری نسبت به سوخت های فسیلی تأمین می کنند، مزیت اصلی آنها تأثیر کمتر بر محیط زیست و پایداری منابع انرژی است.[1]

فرآیندهای ذوب و انجماد نقش مهمی در سیستم های ذخیره انرژی حرارتی ایفا می کنند. این سیستم ها از ماده تغییر فاز دهنده (PCM)2 برای حفظ دمای ثابت در طول فرایند استفاده می کنند. این مواد انرژی را به صورت گرمای نهان ذوب ذخیره می کنند. میزان ذخیره انرژی این مواد 5 الی 14 برابر انرژی است که موادی مانند آب یا سنگ می توانند به صورت محسوس در خود ذخیره کنند. در سیستم های TES، محفظه های کروی به دلیل حجم کم آنها نسبت به سطح انتقال حرارتشان و همچنین امکان استفاده از آنها در سیستم های پر شده، برای ذخیره PCM متداول ترند. بیشتر تحقیقات بر روی سیستم های ذخیره انرژی برای آرایش پوسته و لوله ای و نیز سیستم های صفحه ای صورت گرفته است و تعداد بسیار کمی از آنها به بررسی پوسته های کروی پرداخته است. در ادامه به تعدادی از آنها اشاره می شود.
یکی از اولین مطالعات توسط مور و بایازیتوگلو[2] انجام شد. آنها ذوب محدود نشده ی(PCM(unconstrained را به دو روش تجربی و عددی درون محفظه کروی بررسی کردند. آنها شبیه سازی ریاضی را با این فرض انجام دادند که مایع در تمام مدت در دمای ذوب خود باقی می ماند که تطابق خوبی میان نتایج تجربی و عددی به دست آوردند.

خدادادی و ژانگ[3]، تأثیر جا به جایی ناشی از نیروی بویانسی در فرایند ذوب محدود شده ی(PCM(constrained در محفظه کروی را بررسی کردند. مطالعه عددی آنها براساس روش حجم محدود و فرمولاسیون آنتالپی تک دامنه انجام شد. آنها نشان دادند که با رشد ناحیه ذوب شده تأثیر جا به جایی ناشی از نیروی بویانسی بیشتر شده و این باعث ذوب سریعتر در ناحیه بالایی کره نسبت به ناحیه پایینی کره می شود.

اتونی و ال دسوکی[1]، کارهای پیشین که تا آن موقع انجام شده بود را نادیده گرفتند. آنها ذوب و انجماد پارافین صنعتی را در کپسول های کروی مسی انجام دادند. کپسول ها به وسیله 10 ترموکوپل که در راستای دو محور عمود بر هم کره قرار داشتند مجهز شده بودند، و به این طریق شرایط ذوب محدود شده را به وجود آوردند. آنها برای ذوب PCM کپسول را در جریان هوای گرم قرار دادند و چون امکان گرفتن عکس وجود نداشت موقعیت سطح مشترک جامد- مایع تنها از طریق خواندن دمای ترموکوپل ها امکان پذیر بود.
همچنین آنیکا[4]، انتقال حرارت ناشی از ذوب و انجماد مواد تغییر فاز دهنده را در یک واحد ذخیره انرژی گرمای نهان به صورت عددی و تجربی بررسی کرد. اف ال تن[5]، فرایند ذوب محدود شده و محدود نشده ی PCM در یک محفظه کروی شیشه ای را به صورت تجربی بررسی کرد. در ادامه کار اف ال تن، خدادادی و همکارانش [6]، فرایند ذوب محدود شده ی PCM را به کمک دینامیک سیالات محاسباتی در کره شیشه ای بررسی کردند. با توجه به مطالعات اندک در مورد مواد تغییر

1Thermal energy storage system 2Phase change material

2

دومین کنفرانس بین المللی
شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک
رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی دینامیک سیالات محاسباتی

فاز دهنده به کمک دینامیک سیالات محاسباتی، ضرورت دارد که مطالعات بیشتری به کمک این تکنیک کارا و ارزان در مورد این مواد انجام شود.

در تحقیق حاضر فرآیند ذوب محدود شده ی PCM در محفظه کروی به کمک دینامیک سیالات محاسباتی بررسی شد و نتایج عددی با داده های تجربی مرجع[6] مقایسه شد. همچنین نقش مکانیزم های انتقال حرارت هدایتی و جا به جایی طبیعی در طول فرآیند ذوب و تأثیر عامل ساب کولینگ اولیه نیز بر زمان مورد نیاز ذوب بررسی شد. همچنین جزئیات میدان دمایی داخل کره با داده های تجربی مقایسه شد.

معادلات حاکم

مسأله تحت بررسی ذوب محدود شدهی PCM در یک محفظه کروی می باشد. از تکنیک آنتالپی-تخلخل(-enthalpy (porosity برای مدل کردن فرایند ذوب استفاده می شود. که در این تکنیک سطح ذوب شده به طور دقیق دنبال نمی شود و به جای آن کمیت جزء مایع در روابط ظاهر می شود.

فرضیات در نظر گرفته شده برای بررسی ذوب محدود شده عبارتند از:

فازهای مایع و جامد ایزوتروپیک و همگن می باشند و فرایند ذوب متقارن می باشد.

سطح مشترک جامد-مایع در دمای تعادل )TMدمای ذوب) باقی می ماند.
برای دانسیته PCM تقریب بوسینسک به کار برده می شود. بنابراین تغییر دانسیته فاز مایع که باعث جا به جایی طبیعی می شود تنها در ترم های حجمی بررسی می شود.

براساس فرضیات انجام شده، معادلات حاکم در مختصات کروی ( (r, به صورت زیر می باشند:

معادله انرژی:
1+ ( (+ 1 ) (+ ) +( 1 )(= )) + (1)

سه ترم آخر سمت راست معادله انرژی، با تقسیم آنتالپی کل به گرمای محسوس (h= C P T) و گرمای نهان (H) به دست می آید ( . (H=h+H رابطه بین گرمای نهان و دما خطی در نظر گرفته می شود.[3] از آنجا که در این تحقیق تغییر فاز ماده خالص بررسی می شود، سه ترم آخر معادله انرژی قابل چشمپوشی می باشند، زیرا H برای فازهای مایع و جامد مقداری ثابت است.

معادله پیوستگی:

(2)

) = 0 ) ) + )

3

دومین کنفرانس بین المللی
شبیه سازی فرآیند ذوب مواد تغییر فاز دهنده جهت ذخیره انرژی به کمک
رویکردهای نوین در نگهداشت انرژی دینامیک سیالات محاسباتی

معادلات مومنتوم:
در تکنیک آنتالپی- تخلخل، فازهای مختلف مانند ناحیه متخلخل در نظر گرفته می شود. تخلخل در هر فاز برابر با جزء مایع () (می باشد). بنابراین,=تخلخل در ناحیه جامد صفر و در ناحیه مایع یک می باشد. ترم های میرایی قانون دارسی3به

فرم Vi، با برای در نظر گرفتن تأثیر تغییر فاز بر جابه جایی، به معادله مومنتوم افزوده شده است. وجود این ترم ها باعث صفر شدن سرعت در ناحیه جامد می شود.

معادله مومنتوم در جهت : r

( ) (3) 2 ( ) +

معادله مومنتوم در جهت :

( + ( )
(4)

روش تحقیق

شکل 1 شماتیکی از هندسه مورد نظر را نشان می دهد. جز اصلی مسأله کره ای شیشه ای به قطر داخلی 101/66 میلیمتر و ضخامت1/5 میلیمتراست.[6]