بررسي پارامترهاي هندسي و جرياني بر روي رفتار ذوب ماده تغيير فاز دهنده در مبدل حرارتي دو لوله ‏اي

Investigating geometrical and flow parameters in behavior of melting Phase Change Material in a double pipe heat exchanger

در اين مقاله به بررسي عددي رفتار ذوب ماده تغيير فاز دهنده در يك مبدل دو لوله‏اي افقي سه بعدي پرداخته شده است. فضاي داخلي بين پوسته و لوله با RT50 به عنوان ماده ‏تغيير ‏فاز ‏دهنده پر شده و آب به عنوان سيال گرم در لوله داخلي جريان دارد. هدف از اين مطالعه بررسي تاثير خروج از مركزيت لوله داخلي با تغيير موقعيت آن در راستاي عمودي به عنوان يك پارامتر هندسي و هم‏چنين تاثير دما و دبي سيال ورودي به عنوان پارامترهاي جرياني بر روي رفتار ذوب ماده تغيير فاز دهنده مي‏باشد. به منظور مدل‏سازي فرآيند تغيير فاز از روش آنتالپي متخلخل استفاده شده است. مشاهده مي‏گردد در ابتداي فرآيند ذوب، هدايت مكانيزم غالب انتقال حرارت بوده و با گذشت زمان جابه‏جايي طبيعي مكانيزم اصلي انتقال حرارت مي‏گردد. نتايج نشان مي‏دهد كه با افزايش خروج از مركزيت، ناحيه غالب مربوط به جابه‏جايي طبيعي بيشتر شده و سرعت نفوذ جبهه ذوب افزايش يافته كه اين امر موجب كاهش قابل توجهي در زمان ذوب مي‏گردد. افزايش دماي سيال ورودي از 70 به 75 و 80 درجه سانتي گراد باعث كاهش زمان ذوب تا 16 و 27 درصد مي‏گردد. هم‏چنين افزايش رينولدز سيال ورودي از 1000 به 1500 و 2000 به ترتيب باعث كاهش زمان ذوب تا 1 و 3 درصد مي‏شود. اين نتايج نشان مي‏دهد كه افزايش دماي سيال ورودي تاثير بيشتري را نسبت به افزايش دبي در كاهش زمان ذوب دارد.

This paper presents a numerical study on melting behavior of phase change material (PCM) in a horizontal double pipe heat exchanger. The shell side is filled with RT50 as PCM and water is used as heat transfer fluid (HTF) which flows through inner tube. The aim of the study is to investigate the effect of eccentricity as a geometrical parameter on melting behavior of PCM through downward movement of the inner tube. In addition, effective flow parameters such as mass flow rate and HTF inlet temperature are investigated on thermal storage performance. Enthalpy porosity method is used for modeling phase change process. At the beginning of melting process, conduction is dominant heat transfer mechanism and over time passing natural convection will be the main heat transfer mechanism. Results show that by increasing eccentricity, the dominant area for the natural convection expands and phase front penetration velocity increases which leads to considerable decrease in melting time. By increasing inlet temperature from 70?C to 75?C and 80?C, total melting time decreases up to 16% and 27% respectively. Although by Increasing Reynolds number from 1000 to 1500 and 2000, total melting time only decreases to 1% and 3%, respectively. These results show that Stefan number influences melting time more noticeable than Reynolds number.