تحسين أداء التخزين الحراري باستخدام الأنابيب ذات الزعانف في وحدات المواد متغيرة الطور
الكلمات المفتاحية:
التصلب، وحدات PCM، أنابيب ذات زعانف، تخزين الطاقة، طريقة الحجم المحدود، الحرارة الكامنةالملخص
يقدم هذا البحث دراسة عددية شاملة حول تحسين أداء تخزين الطاقة الحرارية بأسلوب الحرارة الكامنة (LHTES) من خلال دمج الأنابيب ذات الزعانف داخل وحدات المواد متغيرة الطور (PCM). ونظرًا للتحديات الكامنة في التحليل النظري للواجهة المتحركة غير الخطية بين الصلب والسائل أثناء تحول الطور، تم تطوير نموذج حجم محدود قوي لمحاكاة عملية تصلب المادة (البارافين) حول السطح الخارجي للأنابيب ذات الزعانف الأسطوانية. تستخدم المحاكاة صيغة المحتوى الحراري (enthalpic formulation) ومخططًا ضمنيًا بالكامل للتنبؤ بدقة بكسر المادة المتصلبة والتطور العابر للواجهة بين السائل والصلب بمرور الوقت. أظهر التحقق من صحة النموذج العددي مقابل البيانات التجريبية والعددية المرجعية توافقًا ممتازًا، مما يؤكد موثوقية النهج الحسابي المقترح. تم إجراء دراسة بارامترية مفصلة لتقييم تأثير العوامل الهندسية والتشغيلية المختلفة على معدلات شحن الطاقة وأوقات التفريغ الكلية. وتشير النتائج إلى أن الأداء الحراري لنظام التخزين يتحسن بشكل كبير عن طريق زيادة قطر الزعانف، وسمكها، والعدد الإجمالي للزعانف، حيث تسهل هذه التعديلات انتقال الحرارة بشكل فائق داخل المادة. علاوة على ذلك، تسلط الدراسة الضوء على أن فرق درجة الحرارة المرتفع بين جدار الأنبوب والمادة، وكذلك استخدام مصفوفات أنابيب أكثر تضاماً، يؤدي إلى تقليل أوقات التفريغ واستعادة كمية أكبر من الطاقة. توفر هذه النتائج رؤى هامة وإرشادات تصميمية عملية لتحسين أنظمة تخزين الطاقة الحرارية القائمة على المواد متغيرة الطور، مع التأكيد على فعالية تكوينات الأنابيب ذات الزعانف في التغلب على انخفاض الموصلية الحرارية للمواد الشائعة.
