بهینه سازی ساختار فین های درختی شکل در بهبود عملکرد ترمودینامیکی

مرجع پلیمر در بازار ایران (پلیم پارت):

چکیده

فین های درختی شکل به طور گسترده­­­­‌ای برای افزایش عملکرد انتقال حرارت در زمینه ذخیره سازی گرمای نهان تایید شده­ اند. با این حال، ساختار فین های درختی شکل باید در تقویت مزایای عملکردی آن بهینه سازی شود، که به ندرت در مطالعات قبلی به آن پرداخته شده است. مدل عددی ناپایداری برای مطالعه مزایای عملکرد حرارتی فین های درختی شکل ایجاد شده است. روش ادغام الگوریتم ژنتیک و شبیه‌سازی CFD در بهینه‌ سازی ساختار فین های درختی شکل بر اساس فرآیندهای ذوب و انجماد ماده‌‌ای تغییر فاز دهنده (PCM) استفاده می‌‌ شود. نتایج نشان می‌ دهد که بهینه‌ سازی ساختاری برای کاربرد فین های درختی شکل به ویژه در سیستم‌ های ذخیره سازی گرمای نهان مهم و ضروری است. در مقایسه با فین های شعاعی، فین های درختی شکل بهینه شده زمان انتقال فاز را 38.83 درصد در فرآیند ذوب و 32.71 درصد در فرآیند انجماد کاهش می‌ دهند. همچنین، فین های درختی شکل بهینه شده، میانگین نرخ انتقال حرارت و میانگین ضریب انتقال حرارت را در فرآیند ذوب 65.7% و 65.54% و در فرآیند انجماد به ترتیب 51.51% و 51% افزایش می‌ دهند. همچنین نتایج بهینه‌ سازی نشان می‌ دهد که فین های درختی شکل بهینه‌ شده بر اساس فرآیندهای مختلف انتقال حرارت، همه ویژگی‌ های افزایش تدریجی طول شاخه و کاهش زاویه شاخه یعنی L₀<L₁<L₂ ،β₁>β₂ را نشان می‌ دهند. جالب توجه است، ساختار بهینه‌‌ شده فین های درختی شکل مبتنی بر ذوب PCM با فرآیند انجماد PCM به دلیل تفاوت در مکانیزم های انتقال حرارت متفاوت است. این مطالعه روشی را برای بهینه‌ سازی ساختاری فین های درختی شکل ارائه نموده و چشم انداز کاربرد فین های درختی شکل را در زمینه ذخیره‌ سازی گرمای نهان افزایش می‌ دهد.

نتیجه‌­گیری

مطالعه حاضر روشی با ادغام الگوریتم ژنتیک و شبیه‌‌سازی CFD برای انجام بهینه‌‌سازی ساختار فین‌های درختی شکل در PCM استفاده می‌‌‌شود. به منظور بهبود ذخیره­ سازی گرما و نرخ رهاسازی بین PCM و HTF، LHSU پوسته سه لوله همراه با فین طراحی شده است. مزایای فین‌های درختی شکل برای افزایش نرخ انتقال فاز PCM با استفاده از روش­های عددی ارزیابی شده است. ساختارهای فین بهینه شده تحت شرایط فرآیندهای مختلف انتقال حرارت PCM مقایسه شده‌­اند. در نهایت، مزایای عملکرد ترمودینامیکی PCM با ساختارهای مختلف فین بررسی و مقایسه می‌‌‌‌شود.

دانلود فایل: بهینه‌ سازی ساختار فین های درختی شکل در بهبود عملکرد ترمودینامیکی جهت ذخیره سازی گرمای نهان

Reference

Shen, Yongliang, et al. "Structure optimization of tree-shaped fins for improving the thermodynamic performance in latent heat storage." International Journal of Thermal Sciences 184 (2023): 108003.‏

DOI:  https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2022.108003

ترجمه و ویرایش: دانیال ابراهیم‌­زاده