Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Mô phỏng số và phân tích tham số của hệ thống lưu trữ năng lượng nhiệt ẩn
Tóm tắt
Bài báo này trình bày phân tích số về hiệu suất tạm thời của đơn vị lưu trữ năng lượng nhiệt ẩn được thiết lập trên phương pháp sai phân hữu hạn. Đơn vị lưu trữ bao gồm một cấu trúc ống bao và ống có chất liệu thay đổi pha (PCM) được lấp đầy trong không gian của ống bao và dòng chất lỏng truyền nhiệt (HTF) chảy trong ống bên trong. Sự trao đổi nhiệt giữa HTF, tường và PCM đã được nghiên cứu bằng cách phát triển một mô hình số hoàn toàn ngầm 2-D cho mô-đun lưu trữ và giải quyết mô-đun đầy đủ như một bài toán liên hợp bằng phương pháp biến đổi enthalpy. Một nghiên cứu so sánh về tổng thời gian tan chảy của PCM đã được thực hiện dựa trên đối lưu tự nhiên trong PCM lỏng trong quá trình sạc. Điểm mới của bài báo này nằm ở chỗ nó bao gồm đối lưu trong PCM và nghiên cứu này bao gồm một nghiên cứu tham số chi tiết có thể được sử dụng như một tài liệu tham khảo để thiết kế lưu trữ nhiệt ẩn. Các kết quả cho thấy rằng đối lưu tự nhiên tăng tốc quá trình tan chảy bằng một khoảng thời gian đáng kể. Để tối ưu hóa thiết kế của đơn vị lưu trữ nhiệt, nghiên cứu tham số đã được tiến hành để phân tích ảnh hưởng của các điều kiện làm việc HTF khác nhau và kích thước hình học đến tổng thời gian tan chảy của PCM. Một đặc điểm quan trọng khác được xem xét trong công trình này là ảnh hưởng của mặt tường bên trong của ống mang HTF đến toàn bộ thời gian tan chảy của PCM. Một sai số khoảng 7,2% được báo cáo khi tường bên trong của ống không được xem xét trong phân tích.
Từ khóa
#lưu trữ năng lượng nhiệt ẩn #mô phỏng số #phương pháp sai phân hữu hạn #truyền nhiệt #đối lưu tự nhiênTài liệu tham khảo
Nithyanandam K, Pitchumani R. Numerical analysis of latent thermal energy storage system with embedded thermosyphons. In: Proceedings of the ASME 2012 6th international conference on energy sustainability ES2012 July 23–26, 2012, San Diego, CA, USA, (2012) 1–10. https://doi.org/10.1115/es2012-91416.
Farid MM, Khudhair AM, Ali S, Razack K. A review on phase change energy storage: materials and applications. Energy Convers Manag. 2004;45(9–10):1597–615.
Kumar A, Shukla SK. A review on thermal energy storage unit for solar thermal power plant application. Energy Procedia. 2015;74:462–9.
Thakare KA, Bhave AG. Review on latent heat storage and problems associated with phase change materials. Int J Res Appl Sci Eng Technol. 2015;4:176–82.
Jegadheeswaran S, Pohekar SD. Performance enhancement in latent heat thermal storage system: a review. Renew Sustain Energy Rev. 2009;13:2225–44.
Zhang Y, Faghri V. Heat transfer enhancement in latent heat thermal energy storage system by using an external radial finned tube. J Enhanc Heat Transf. 2000;3(2):119–27.
Pirasaci T, Goswami DY. Influence of design on performance of a latent heat storage system for a direct steam generation power plant. Appl Energy. 2016;162:644–52.
Sari A, Kaygusuz K. Thermal energy storage system using stearic acid as a phase change material. J Sol Energy. 2001;71(6):365–76.
Mehta DS, Solanki K, Rathod MK, Banerjee J. Thermal performance of shell and tube latent heat storage unit: comparative assessment of horizontal and vertical orientation. J Energy Storage. 2019;23:344–62.
Rathod MK, Banerjee J. Numerical investigation on latent heat storage unit of different configurations. Int J Mech Aerospace Ind Mech Manuf Eng. 2011;5:652–7.
Seddegh S, Tehrani SSM, Wang X, Cao F, Taylor RA. Comparison of heat transfer between cylindrical and conical vertical shell-and-tube latent heat thermal energy storage systems. Appl Therm Eng. 2018;130:1349–62.
Rösler F, Brüggemann D. Shell-and-tube type latent heat thermal energy storage: numerical analysis and comparison with experiments. Heat Mass Transf. 2011;47:1027–33.
Parry AJ, Eames PC, Agyenim FB. Modeling of thermal energy storage shell-and- tube heat exchanger. Heat Transf Eng. 2014;35(1):1–14.
Bellan S, Gonzalez-Aguilar J, Romero M, Rehman MM, Goswami DY, Stefanakos EK. Numerical investigation of PCM-based thermal energy storage system. Energy Procedia. 2015;69:758–68.
Trp A, Lenic K, Frankovic B. A study of transient phase-change heat transfer during charging and discharging of the latent thermal energy storage unit. 2004; Corpus ID: 56406046.
Vyshak NR, Jilani G. Numerical analysis of latent heat thermal energy storage system. Energy Convers Manag. 2007;48:2161–8.
Trp A. An experimental and numerical investigation of heat transfer during technical grade paraffin melting and solidification in a shell-and-tube latent thermal energy storage unit. J Sol Energy. 2005;79:648–60.
Bagheri GH, Mehrabian MA, Hooman K. Numerical study of the transient behaviour of a thermal storage module containing phase-change material. Proc IMechE Part A J Power Energy. 2010;224:505–16.
Reddy RM, Nallusamy N, Reddy KH. Experimental studies on phase change material-based thermal energy storage system for solar water heating applications. J Fundam Renew Energy Appl. 2012;2:1–6.
Adine HA, Qarnia HE. Numerical analysis of the thermal behaviour of a shell-and-tube heat storage unit using phase change materials. Appl Math Model. 2009;33(4):2132–44.
Bellecci C, Conti M. Phase change thermal storage: transient behaviour analysis of a solar receiver/storage module using the enthalpy method. Int J Heat Mass Transf. 1993;36(8):2157–63.
Behzadi S, Farid MM. Energy storage for efficient energy utilization in buildings. In: International high-performance buildings conference 2010;1–8.
Lamberg P. Mathematical modelling and experimental investigation of melting and solidification in a finned phase change material storage report. Report A8, Helsinki University of Technology, Ph.D. Thesis, 2003.
Dhaidan NS, Khodadadi JM. Melting and convection of phase change materials in different shape containers: a review. Renew Sustain Energy Rev. 2015;43:449–77.
Lamberg P, Lehtiniemi R, Henell A. Numerical and experimental investigation of melting and freezing processes in phase change material storage. Int J Therm Sci. 2004;43(3):277–87.
Voller VR, Prakash C. A fixed grid numerical modelling methodology for convection-diffusion mushy region phase-change problems. Int J Heat Mass Transf. 1987;30(8):1709–19.
Tao YB, He YL. Effects of natural convection on latent heat storage performance of salt in a horizontal concentric tube. Appl Energy. 2015;143:38–46.
Heat A, Zhang Y, Howell JR. Natural convection in enclosures. Adv. Heat Transf. 2010;13:1–43.
Yang H, He Y. Solving heat transfer problems with phase change via smoothed effective heat capacity and element-free galerkin methods. Int Commun Heat Mass Transf. 2010;37(4):385–92.
Prabakaran R, Kumar JPN, Lal DM, Selvam C, Harish S. Constrained melting of graphene-based phase change nanocomposites inside a sphere. J Therm Anal Calorim. 2020;139:941–52.
Ye WB. Melting process in a rectangular thermal storage cavity heated from vertical walls. J Therm Anal Calorim. 2016;123:873–80.
Ye WB. Enhanced latent heat thermal energy storage in the double tubes using fins. J Therm Anal Calorim. 2017;128:533–40.
Omara AAM, Abuelnuor AAA, Mohammed HA, Khiadani M. Phase change materials (PCMs) for improving solar still productivity: a review. J Therm Anal Calorim. 2020;139:1585–617.
Dileep K, Arun KR, Dishnu D, Srinivas M, Jayaraj S. Numerical studies on the effect of location and number of containers on the phase transition of PCM-integrated evacuated tube solar water heater. J Therm Anal Calorim. 2019. https://doi.org/10.1007/s10973-019-09151-2.
Pramothraj M, Santosh R, Swaminathan MR, Kumaresan G. Study of effect of Al and Cu microparticles dispersed in D-Mannitol PCM for effective solar thermal energy storage. J Therm Anal Calorim. 2020;139:895–904.
Kabeel AE, Sathyamurthy R, El-Agouz SA, Manokar AM, El-Said EMS. Experimental studies on inclined PV panel solar still with cover cooling and PCM. J Therm Anal Calorim. 2019;138:3987–95.
Harikrishnan S, Deepak K, Kalaiselvam S. Thermal energy storage behavior of composite using hybrid nanomaterials as PCM for solar heating systems. J Therm Anal Calorim. 2014;115:1563–71.
Kumar PM, Mylsamy K. Experimental investigation of solar water heater integrated with a nanocomposite phase change material. J Therm Anal Calorim. 2019;136:121–32.
Senthilkumar M, Balasubramanian KR, Kottala RK, Sivapirakasam SP, Maheswari L. Characterization of form-stable phase-change material for solar photovoltaic cooling. J Thermal Anal Calorim. 2020. https://doi.org/10.1007/s10973-020-09521-1.
Paria S, Baradaran S, Amiri A, Sarhan AAD, Kazi SN. Performance evaluation of latent heat energy storage in horizontal shell-and-finned tube for solar application. J Therm Anal Calorim. 2016;123:1371–81.