شبیه سازی عددی مبدل‌حرارتی سه لوله ای با مواد تغییرفاز دهنده و اثر تغییرشکل لوله با کارایی آنها

نوع مقاله : مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

1 نویسنده مسئول، دانشیار، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی جندی شاپور، دزفول

2 استاد، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران

3 کارشناسی ارشد، مرکز پژوهشی جندی شاپور، دزفول

4 دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه تبدیل انرژی، دانشگاه صنعتی جندی شاپور، دزفول

چکیده

در این پژوهش از آب به عنوان سیال جاری در لوله‌های داخلی و خارجی، و لوله میانی به عنوان ماده‌ تغییرفازدهنده در یک مبدل سه لوله‌ای استفاده شده‌است. با استفاده از روش آنتالپی متخلخل مقایسه‌ای بین لوله مستقیم، دندانه‌ای و سینوسی به­عنوان لوله درونی انجام شده­است. همچنین بررسی ضریب کارایی، بازده اگزرژی و انرژی و تاثیر تغییر دبی جرمی بر ذوب ماده تغییرفازدهنده مورد مطالعه قرارگرفت. نتایج نشان‌ داد که بهترین زمان ذوب را در مبدل سه‌ لوله‌ای، لوله سینوسی و همچنین برای ضریب کارایی، بازده انرژی و اگزرژی مبدل‌های سینوسی و دندانه‌ای بهتر از لوله مستقیم می‌باشد. با افزایش دبی برای جریان آرام و مغشوش زمان ذوب به ترتیب حداکثر تا 6/2 و 5/13 درصد کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Rahimi, M., Ranjbar, A., Ganji, D., Sedighi, K., and Hosseini, M., "Experimental Investigation of Phase Change Inside a Finned-tube Heat Exchanger", Journal of Engineering, Vol. 2014, pp. 1-11, (2014), https://www.hindawi.com/journals/je/2014/641954/.
[2] Rahimi, M., Ranjbar, A., Ganji, D., Sedighi, K., Hosseini, M., and Bahrampoury, R., "Analysis of Geometrical and Operational Parameters of PCM in a Fin and Tube Heat Exchanger", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 53, pp. 109-115, (2014).
[3] Mat, S., Al-Abidi, A.A., Sopian, K., Sulaiman, M.Y., and Mohammad, A.T., "Enhance Heat Transfer for PCM Melting in Triplex Tube with Internal–external Fins", Energy Conversion and Management, Vol. 74, pp. 223-236, (2013).
[4] Pethkool, S., Eiamsa-Ard, S., Kwankaomeng, S., and Promvonge, P., "Turbulent Heat Transfer Enhancement in a Heat Exchanger using Helically Corrugated Tube", International Communications in Heat and Mass Transfer, Vol. 38, No. 3, pp. 340-347, (2011).
[5] Chen, C., Zhang, H., Gao, X., Xu, T., Fang, Y., and Zhang, Z., "Numerical and Experimental Investigation on Latent Thermal Energy Storage System with Spiral Coil Tube and Paraffin/Expanded Graphite Composite PCM", Energy Conversion and Management, Vol. 126, pp. 889-897, (2016).
[6] Amini, R., Amini, M., Jafarinia, A., and Kashfi, M., "Numerical Investigation on Effects of using Segmented and Helical Tube Fins on Thermal Performance and Efficiency of a Shell and Tube Heat Exchanger", Applied Thermal Engineering, Vol. 138, pp. 750-760, (2018).
[7] Al-Abidi, A.A., Mat, S., Sopian, K., Sulaiman, M., and Mohammad, A.T., "Internal and External Fin Heat Transfer Enhancement Technique for Latent Heat Thermal Energy Storage in Triplex Tube Heat Exchangers", Applied Thermal Engineering, Vol. 53, No. 1, pp. 147-156, (2013).
[8] Al-Abidi, A.A., Mat, S., Sopian, K., Sulaiman, M., and Mohammad, A.T., "Experimental Study of PCM Melting in Triplex Tube Thermal Energy Storage for Liquid Desiccant Air Conditioning System", Energy and Buildings, Vol. 60, pp. 270-279, (2013).
[9] Al-Abidi, A.A., Mat, S., Sopian, K., Sulaiman, M., and Mohammad, A.T., "Experimental Study of Melting and Solidification of PCM in a Triplex Tube Heat Exchanger with Fins", Energy and Buildings, Vol. 68, pp. 33-41, (2014).
[10] Subramaniyan, M., and Parameshwaranpillai, T., "Experimental Analysis of Heat Transfer During the Melting of a Phase-change Material in Triplex Tube Heat Exchanger", International Journal of Engineering Research and Technology, Vol. 03, No. 01, (2014).
[11] Sarı, A., and Kaygusuz, K., "Thermal and Heat Transfer Characteristics in a Latent Heat Storage System using Lauric Acidu", Energy Conversion and Management, Vol. 43, No. 18, pp. 2493-2507, (2002).
[12] Esapour, M., Hosseini, M., Ranjbar, A., Pahamli, Y., and Bahrampoury, R., "Phase Change in Multi-tube Heat Exchangers", Renewable Energy, Vol. 85, pp. 1017-1025, (2016).
[13] Eslamnezhad, H., and Rahimi, A.B., "Enhance Heat Transfer for Phase-change Materials in Triplex Tube Heat Exchanger with Selected Arrangements of Fins", Applied Thermal Engineering, Vol. 113, pp. 813-821, (2017).
[14] Assari, M., Basirat Tabrizi, H., Parvar, M., and Alkasir Farhani, M., "Experimental Investigation of Sinusoidal Tube in Triplex-tube Heat Exchanger During Charging and Discharging Processes using Phase Change Materials", International Journal of Engineering, Vol. 32, No. 7, pp. 999-1009, (2019).
[15] Al-Abidi, A., Mat, S., Sopian, K., Sulaiman, Y., and Mohammad, A., "Heat Transfer Enhancement for PCM Thermal Energy Storage in Triplex Tube Heat Exchanger", Heat Transfer Engineering, Vol. 37, No. 7-8, pp. 705-712, (2016).
[16] Ezan, M.A., Erek, A., and Dincer, I., "Energy and Exergy Analyses of an Ice-on-coil Thermal Energy Storage System", Energy, Vol. 36, No. 11, pp. 6375-6386, (2011).
[17] Yang, K., Zhu, N., Chang, C., Yu, H., and Yang, S., "Numerical Analysis of Phase-change Material Melting in Triplex Tube Heat Exchanger", Renewable Energy, Vol. 145, pp. 867-877, (2020).
[18] Mehling, H., and Cabeza, L.F., "Heat and Cold Storage with PCM", Springer, Berlin, (2008).
[19] Bergman, T.L., Incropera, F.P., DeWitt, D.P., and Lavine, A.S., "Fundamentals of Heat and Mass Transfer", John Wiley & Sons, New Jersey (NJ), (2011).