اثر افزايش تعداد و چيدمان لوله هاي سيال گرم بر رفتار ذوب ماده تغيير فاز دهنده در مبدل حرارتي سه لوله اي

Effect of increasing number and arrangement of hot fluid tube on melting behavior of Phase Change Material in a triplex tube heat exchanger

در اين مقاله به بررسي عددي رفتار ذوب ماده تغيير فاز دهنده در يك مبدل حرارتي سه لولهاي به صورت سه بعدي پرداخته شده است. آب به عنوان سيال گرم در لوله هاي داخلي و خارجي جريان داشته و فضاي مياني لوله ها با RT35 به عنوان ماده تغيير فاز دهنده پر شده است. هدف اصلي در اين مطالعه بررسي اثر افزايش تعداد لوله هاي داخلي سيال گرم و چيدمان آن‌ها بر روي فرآيند ذوب ماده تغيير فاز دهنده ميباشد. همچنين مقايسه‌اي بين مبدل حرارتي سه لوله‌اي و دو لوله‌اي صورت پذيرفته است. به منظور مدلسازي فرآيند تغيير فاز از روش آنتالپي متخلخل استفاده شده است. نتايج حاكي از غالب بودن مكانيزم هدايت در ابتداي فرآيند ذوب بوده و با گذشت زمان جابهجايي طبيعي مكانيزم اصلي انتقال حرارت ميگردد. با افزايش تعداد لولههاي داخلي سيال گرم به علت افزايش سطح انتقال حرارت داخلي، شدت مكانيزم جابهجايي طبيعي درون پوسته بيشتر شده كه باعث كاهش قابل توجهي در زمان ذوب ميگردد. افزايش تعداد لوله داخلي در مبدل سه لوله‌اي از يك به چهار عدد باعث كاهش 29 درصدي زمان ذوب مي‌گردد. چيدمان لوله‌هاي داخلي در حالت پخش نرخ ذوب را افزايش مي‌دهد. در مبدل حرارتي سه لوله‌اي در مقايسه با دو لوله‌اي در شرايط مرزي يكسان، زمان ذوب 80 درصد كمتر مي‌باشد.

In this paper three dimensional numerical study of melting of phase change material (PCM) in a triplex tube heat exchanger is studied. Water is used as heat transfer fluid (HTF) which flows through the inner and outer tubes while the shell side is filled with RT35 as the PCM. The main purpose of this study is to investigate the effect of increasing number of inner hot fluid tube and its arrangement on melting behavior of PCM. Also a comparison between triplex and double tube heat exchanger is done. Enthalpy porosity method is used for modeling the phase change process. The result shows that at the initial steps of the melting process, the major mechanism of heat transfer is conduction while afterward natural convection will be main heat transfer mechanism. Increasing number of inner tubes increases heat transfer surface thus the natural convection intensifies in shell side which considerably diminishes the melting time. Increasing number of inner tube in a triplex tube heat exchanger from 1 to 4 leads to 29 percent decrease in melting time. Arrangement of inner tubes in distributed case intensifies the melting. In a triplex tube heat exchanger in comparsion with double pipe melting time is 80 percent less.