مواد تغییر فاز دهنده: آنالیز قابلیت واحد ذخیره انرژی PCM بر اساس پوشش تونل مبدل حرارتی زمین

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

انرژی زمین گرمایی با دمای پایین در سنگ ­های اطراف را می­ توان با پوشش تونل مبدل ­های حرارتی زمین (GHE) استخراج و در صفحات مواد تغییر فاز دهنده (PCM) ذخیره نمود تا استفاده از انرژی سرد را تحقق بخشد. با این حال، تحقیقات انتقال حرارت کوپلینگ GHE و صفحات PCM پوشش تونل به ندرت گزارش شده است. در این مطالعه، مدل انتقال حرارت کوپلینگ سه بعدی از صفحات GHE و PCM پوشش تونل برای بررسی عملکرد ذخیره انرژی سرد صفحات PCM تحت پارامترهای مختلف PCM و تونل توسعه داده شد. از محاسبه تکرار گردشی برای حل مدل کوپلینگ استفاده می­شود. نتایج نشان می­دهد که ذخیره انرژی سرد صفحات PCM با استفاده از GHE پوشش تونل برای ذخیره انرژی امکان ­پذیر است. بخش مذاب PCM و نسبت فاز جامد PCM در صفحات PCM با افزایش هدایت حرارتی PCM و دمای ذوب و کاهش دمای سنگ اطراف به ترتیب کاهش و افزایش می یابد. راندمان ذخیره انرژی سرد صفحات PCM به 77.8% و افزایش رسانایی حرارتی PCM به 34.1% بهبود می­ یابد و دمای ذوب 1 W/(m K) و ℃4  افزایش می ­یابد. علاوه بر این، با کاهش دمای سنگ اطراف از 10 به  ℃1 ، راندمان ذخیره انرژی سرد صفحه PCM 68.5% افزایش می­ یابد. تفاوت بزرگتر بین دمای سنگ اطراف و دمای ذوب PCM برای ذخیره انرژی سرد صفحات PCM کافی است و زمان ذخیره انرژی سرد و اختلاف دما رابطه تابع توانی را نشان می­دهد. در نهایت، افزایش طول پوشش تونل GHE برای افزایش کارایی ذخیره انرژی سرد صفحات PCM مفید است، در حالی که این افزایش محدود است. در کاربردهای واقعی، انتخاب پوشش تونل GHE با طول مناسب ضروری است.

نتیجه­‌گیری

کار حاضر شبیه‌سازی عددی را برای بررسی روشی جدید ذخیره‌سازی انرژی سرد صفحات PCM بر اساس پوشش تونل GHE در ناحیه دمای پایین زمین و تجزیه و تحلیل عملکرد ذخیره‌سازی انرژی سرد صفحات PCM تحت عوامل مؤثر مختلف انجام می‌دهد. نتایج اصلی به شرح زیر خلاصه می شود:

1. نتایج مطالعات عددی نشان می­ دهد که روشی جدید برای ذخیره انرژی سرد صفحات PCM بر اساس پوشش تونل GHE امکان پذیر است و استفاده از صفحات PCM برای خنک نمودن تونل­ ها و سایر فضاهای زیرزمینی می ­تواند محقق شود.

2. افزایش خواص PCM به طور قابل توجهی کارایی ذخیره انرژی سرد صفحات PCM را بهبود می بخشد. زمانی که هدایت حرارتی PCM و دمای ذوب 1 W/(m K) و ℃4 افزایش می­ یابد، زمان ذخیره انرژی سرد صفحات PCM به ترتیب 77.8%و 34.1% صرفه جویی می ­نماید. علاوه بر این، تغییر ویژگی های PCM بر تغییر بخش مذاب PCM و فصل مشترک فازهای جامد-مایع در صفحات PCM تأثیر می‌گذارد.

3. نسبت فاز مایع PCM و زمان ذخیره انرژی سرد صفحات PCM با کاهش دمای سنگ اطراف کاهش می­ یابد. هنگامی که دمای سنگ اطراف از 10 به ℃1  کاهش می­ یابد، راندمان ذخیره انرژی سرد صفحه PCM تا 68.5% بهبود می­ یابد. بنابراین، پوشش تونل GHE پیشنهاد می­شود که در مکان­هایی با دمای پایین­تر اطراف سنگ قرار گیرند.

4. زمان ذخیره انرژی سرد به عنوان تابع توانی با افزایش اختلاف دما بین سنگ اطراف و نقطه ذوب PCM کاهش می ­یابد. هر دو اندازه­ گیری افزایش دمای ذوب PCM و کاهش دمای سنگ اطراف می­تواند منجر به اختلاف دما بیشتر شود که برای بهبود راندمان ذخیره انرژی سرد موثر است.

5. راندمان ذخیره انرژی سرد 34.3%، 48.6%، 52.9% و 54.2% بهبود در پوشش تونل GHE طول 41.5، 83.5، 125.5، 146.5 متر در مقایسه با طول پوشش تونل GHE 20 متر است. افزایش راندمان ذخیره انرژی سرد صفحات PCM با افزایش طول پوشش تونل GHE محدود است. در کاربردهای عملی، انتخاب طول پوشش تونل GHE مناسب برای ذخیره انرژی سرد صفحات PCM بر اساس پوشش تونل GHE بسیار مهم است.

دانلود فایل: تجزیه و تحلیل پتانسیل واحدهای ذخیره انرژی مواد تغییر فاز دهنده بر اساس پوشش تونل مبدل های حرارتی زمین

Reference

Cao, Ziming, et al. "Energy storage potential analysis of phase change material (PCM) energy storage units based on tunnel lining ground heat exchangers." Applied Thermal Engineering 235 (2023): 121403.‏

DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2023.121403

ترجمه و ویرایش: دانیال ابراهیم­ زاده