بهبود عملكرد ذخيره‌ساز‌هاي حرارتي نهان به كمك تغيير مسير جريان‌هاي جابجايي طبيعي

Enhancement of latent heat thermal storage performance by changing the direction of natural convection flow

فناوري‌هاي ذخيره انرژي حرارتي رويكردي نسبتا جديد در كاهش مصرف انرژي و ايجاد تعادل در مصرف، پيك‌سايي و افزايش سهم انرژي‌هاي تجديدپذير در تامين انرژي مي‌باشند. با وجود محاسن زياد، هنوز چالش‌هايي در مسير توسعۀ ذخيره‌سازي انرژي حرارتي وجود دارد. يكي از اين چالش‌ها، نرخ پايين شارژ و دشارژ در ذخيره‌سازهاي حرارتي نهان مي‌باشد. با توجه به وجود جريان‌هاي جابجايي طبيعي آرايش لوله‌هاي سيال و پره‌هاي حرارتي در بهبود عملكرد اين سيستم‌ها نقش بسزايي ايفا مي‌كنند. در اين پژوهش نرخ ذخيره‌سازي انرژي در يك ذخيره‌ساز حرارتي نهانِ پوسته و لوله‌ به روش عددي، با استفاده از تكنيك آنتالپي-تخلخل مورد مطالعه قرار گرفت و تاثير افزايش تعداد لوله‌هاي سيال، جا به جا كردن لوله‌ها به پايين محفظه در آرايش 4 لوله‌اي، تغيير فاصله لوله‌هاي بالايي و استفاده از پره‌هاي حرارتي به هم متصل شده محوري، بررسي شد. كانتورهاي سرعت و دماي درون محفظه تحليل شد و مشاهده گرديد صرفا با افزايش تعداد لوله‌ها نمي‌توان مشكل نرخِ انتقال حرارت در پايان فرآيند را افزايش داد و لوله‌ها بايستي در پايين محفظه جايگذاري شده باشند. همچنين نشان داده شد پره‌هاي محوري مي‌توانند باعث كند شدن جريان‌هاي جابجايي طبيعي و ايجاد نواحي بدون حركت در سيال شوند كه منجر به افت انتقال حرارت از لوله‌ها مي‌شود. نتايج شبيه‌سازي پيش‌بيني مي‌كند با به كارگيري آرايش چهارلوله‌اي كه در آن لوله‌ها به سمت پايين و ديواره پوسته تغيير موقعيت داده‌اند، مي‌توان زمان شارژ 0.95 از ظرفيت مبدل را تا يك چهارم زمان مشابه براي مبدل يك لوله‌اي، كاهش داد.

Thermal energy storing technologies are a new approach in reducing energy costs, managing demand side, pick shaving and increasing portion of renewable energies in energy production. In spite of the many advantages of thermal energy storage techniques, there are still major challenges in the path of Latent heat thermal storage (LHTS). One of the challenges is the low charge and discharge rate of heat transfer in LHTS. In the current study charging rate of a shell and tube LHTS is numerically studied by enthalpy-porosity numerical technique. Exact positioning of the heat transfer tubes and thermal fins has great impact on the natural convection flows. In this study effect of increasing heat transfer tubes (HTF), lower positioning of tubes in four tubes configuration, changing upper tubes distance and using interconnected axial fins have been studied and compared to each other. Moreover, velocity and temperature contours have been analyzed. Results demonstrated that increasing number of tubes could not solve the slowing rate of charging at the end of process and tubes need to be positioned lower in the tube. In addition, it was observed that heat transfer axial fins can decelerate convection flows and develop stationary areas inside the shell. Prediction results revealed that, by lowering tubes and closing them to the shell wall, introduced in this article, it is possible to decrease charging time of 0.95 of storage capacity to one fourth of similar time in a one tube LHTS.