بررسی نحوه انتقال جرم مواد تغییرفازدهنده در طول فرآیندهای ذوب و انجماد باهدف بهینه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌سازی انرژی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مهندسی شیمی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

2 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی شیمی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران

چکیده
مواد تغییر فاز دهنده (PCM) توانایی ذخیره انرژی به‌عنوان انرژی نهفته با تغییر فاز را دارند و انرژی ذخیره‌شده را در زمان موردنظر که به فاز اولیه خود بازمی‌گردند، تأمین می‌کنند. استفاده از سیستم پایش مادون قرمز نشان داد که افزایش غلظت مس/پارافین سرعت ذوب را افزایش و زمان ذوب را کاهش می‌دهد که به دلیل هدایت حرارتی بالاتر و گرمای نهان کمتر مس/پارافین است که باعث ذخیره حرارتی بالاتر می‌شود. در فرآیند انجماد، ماده مایع به نیمه‌ مایع، خمیر و سپس به جامد تبدیل می‌شود. بررسی‌ها نشان داد که افزایش غلظت مس/پارافین سرعت انجماد را افزایش می‌دهد و افزودن نانوذرات مس به سیال پایه، هدایت حرارتی و سرعت انجماد را بهبود می‌بخشد. نمایه‌های دمایی اسید میریستیک و مواد تغییر فاز مرکب نشان داد که با پیشرفت فرآیند انجماد، دمای این مواد نسبت به اسید میریستیک بیشتر کاهش می‌یابد.همچنین، مواد تغییر فاز دهنده می‌توانند از فاز جامد به مایع، جامد به جامد و جامد به گاز تبدیل شوند، که انتقال جامد به مایع برای ذخیره انرژی حرارتی ترجیح داده می‌شود. افزایش چگالی ذخیره انرژی باعث کاهش حجم می‌شود و ذخیره‌سازی گرمای نهان به دلیل چگالی بالای ذخیره‌سازی انرژی و ماهیت هم‌دما بودن آن، روشی مؤثر برای ذخیره‌سازی انرژی حرارتی است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


منابع
[1] S. Rostami, M. Afrand, A. Shahsavar, M. Sheikholeslami, R. Kalbasi, S. Aghakhani, M. S. Shadloo, H. F. Oztop, A review of melting and freezing processes of PCM/nano-PCM and their application in energy storage, Energy, vol. 211, article 118698, 2020.
 [2] J. Singh, S. Gu, Biomass conversion to energy in India—A critique, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 14, No. 5, pp. 1367-1378, 2010.
[3] K. Hoffmann, K. Menzel, A guideline for the implementation of an energy management system in facility management organisations, Applied mechanics and materials, vol. 887, pp. 247-254, 2019.
[4] C. Yilmaz, Life cycle cost assessment of a geothermal power assisted hydrogen energy system, Geothermics, vol. 83, article 101737, 20202020.
[5] L. Olatomiwa, S. Mekhilef, M. S. Ismail,  M. Moghavvemi, Energy management strategies in hybrid renewable energy systems: A review, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 62, pp. 821-835, 2016.
[6] K. Solangi, M. Islam, R. Saidur, N. Rahim, H. Fayaz, A review on global solar energy policy, Renewable and sustainable energy reviews, vol. 15, No. 4, pp. 2149-2163, 2011.
[7] E. Dupont, R. Koppelaar, H. Jeanmart, Global available solar energy under physical and energy return on investment constraints, Applied Energy, vol. 257, article 113968, 2020.
[8] V. A. A. Raj, R. Velraj, Review on free cooling of buildings using phase change materials, Renewable and Sustainable Energy Reviews, vol. 14, No. 9, pp. 2819-2829, 2010.
[9] Y. Zhou, S. Zheng, G. Zhang, A review on cooling performance enhancement for phase change materials integrated systems—flexible design and smart control with machine learning applications, Building and Environment, vol. 174, article 106786, 2020.
[10] H. Nazir, M. Batool, F. J. B. Osorio, M. Isaza-Ruiz, X. Xu, K. Vignarooban, P. Phelan, A. M. Kannan, Recent developments in phase change materials for energy storage applications: A review, International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 129, pp. 491-523, 2019.
 [11] A. Basem, Numerical Analysis of the Effect of Nanofluids on the Melting Process of Phase Change Materials in a Semi-Cylindrical Container, Applications in Engineering Science, vol. 19, article 100185, 2024.
[12] M. Costa, D. Buddhi, A. Oliva, Numerical simulation of a latent heat thermal energy storage system with enhanced heat conduction, Energy conversion and management, vol. 39, No. 3-4, pp. 319-330, 1998.
[13] S. Wu, H. Wang, S. Xiao, D. Zhu, An investigation of melting/freezing characteristics of nanoparticle-enhanced phase change materials, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 110, No. 3, pp. 1127-1131, 2012.
[14] S. Wu, D. Zhu, X. Zhang, J. Huang, Preparation and melting/freezing characteristics of Cu/paraffin nanofluid as phase-change material (PCM), Energy & fuels, vol. 24, No. 3, pp. 1894-1898, 2010.
[15] O. K. Yagci, M. Avci, O. Aydin, Melting and solidification of PCM in a tube-in-shell unit: Effect of fin edge lengths' ratio, Journal of Energy Storage, vol. 24, article 100802, 2019.
[16] S. Harikrishnan, S. Kalaiselvam, Preparation and thermal characteristics of CuO–oleic acid nanofluids as a phase change material, Thermochimica Acta, vol. 533, pp. 46-55, 2012.
[17] N. Pradeep, K. Paramasivam, T. Rajesh, V. S. Purusothamanan, S. Iyahraja, Silver nanoparticles for enhanced thermal energy storage of phase change materials, Materials Today: Proceedings, vol. 45, pp. 607-611, 2021.
[18] S. Harikrishnan, A. Dhass, H. F. Oztop, N. Abu-Hamdeh, Measurement of thermophysical properties with nanomaterials on the Melting/Freezing characteristics of phase change material, Measurement, vol. 199, article 111477, 2022.
[19] S. Deng, C. Nie, H. Jiang, W.-B. Ye, Evaluation and optimization of thermal performance for a finned double tube latent heat thermal energy storage, International Journal of Heat and Mass Transfer, vol. 130, pp. 532-544, 2019.
[20] F. Liu, G. Zhang, Study on melting and solidification performances improvement of phase change material using novel branch fin structure, Journal of Energy Storage, vol. 63, article 107097, 2023.
[21] G. Wang, G. Wei, C. Xu, X. Ju, Y. Yang, X. Du, Numerical simulation of effective thermal conductivity and pore-scale melting process of PCMs in foam metals, Applied Thermal Engineering, vol. 147, pp. 464-472, 2019.
[22] S. Hasnain, Review on sustainable thermal energy storage technologies, Part I: heat storage materials and techniques, Energy conversion and management, vol. 39, No. 11, pp. 1127-1138, 1998.
[23] E. Halawa, F. Bruno, W. Saman, Numerical analysis of a PCM thermal storage system with varying wall temperature, Energy Conversion and Management, vol. 46, No. 15-16, pp. 2592-2604, 2005.
[24] Z. Liu, C. Ma, Numerical analysis of melting with constant heat flux heating in a thermal energy storage system, Energy Conversion and Management, vol. 43, No. 18, pp. 2521-2538, 2002.
[25] M. Ghalambaz, A. Doostani, A. J. Chamkha, M. A. Ismael, Melting of nanoparticles-enhanced phase-change materials in an enclosure: effect of hybrid nanoparticles, International Journal of Mechanical Sciences, vol. 134, pp. 85-97, 2017.
[26] A. A. Omara, A. A. Abuelnuor, H. A. Mohammed, M. Khiadani, Phase change materials (PCMs) for improving solar still productivity: a review, Journal of Thermal Analysis and Calorimetry, vol. 139, pp. 1585-1617, 2020.
[27] M. Kenisarin, K. Mahkamov, Solar energy storage using phase change materials, Renewable and sustainable energy reviews, vol. 11, No. 9, pp. 1913-1965, 2007.
[28] D. Lencer, M. Salinga, M. Wuttig, Design rules for phase‐change materials in data storage applications, Advanced Materials, vol. 23, No. 18, pp. 2030-2058, 2011.
[29]   D. Li, J. Wang, Y. Ding, H. Yao, Y. Huang, Dynamic thermal management for industrial waste heat recovery based on phase change material thermal storage, Applied energy, vol. 236, pp. 1168-1182, 2019.
[30] M. H. Zahir, S. A. Mohamed, R. Saidur, F. A. Al-Sulaiman, Supercooling of phase-change materials and the techniques used to mitigate the phenomenon, Applied energy, vol. 240, pp. 793-817, 2019.
[31] A. Mishra, A. Shukla, A. Sharma, Latent heat storage through phase change materials, Resonance, vol. 20, pp. 532-541, 2015.
 

  • تاریخ دریافت 27 تیر 1403
  • تاریخ بازنگری 22 شهریور 1403
  • تاریخ پذیرش 31 شهریور 1403