بررسی عددی تأثیرات جابجایی طبیعی در فرآیند ذوب و انجماد PCM داخل یک مخزن مستطیلی پره‏ دار به کمک LBM

Abstract

استفاده از مواد تغییر فاز دهنده به منظور افزایش ظرفیت ذخیره/آزاد سازی انرژی، موضوع مورد مطالعه بسیاری از تحقیقات نوین در زمینه مدیریت عرضه انرژی است. مطالعه چنین سیستم‏هایی مستقیما با مسئله تغییر فاز جامد-مایع در ارتباط است، به طوریکه محاسبه توزیع دما، موقعیت جبهه تغییر فاز و کسر ماده جامد یا مایع شده به موضوع اساسی در این مسائل تبدیل می‏ شود. بررسی فرآیند انجماد و ذوب با در نظر گرفتن پدیده انتقال گرمای جابجایی آزاد در فاز مایع، هدف اصلی مقاله حاضر است. بدین منظور یک مخزن مستطیلی پرده‏ دار حاوی ماده تغییر فاز دهنده، در نظر گرفته شده است. وجود پره به منظور افزایش آهنگ انتقال گرما در نظر گرفته شده است. غوطه ور شدن فاز جامد داخل فاز مایع لزوم در نظر گرفتن شرط مرزی شناوری را روی مرز فاز جامد سبب می‏ شود. از این رو فرآیند ذوب با در نظر گرفتن اثرات جابجایی طبیعی و حرکت فاز جامد داخل فاز مایع مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اثرات جابجایی طبیعی در فرآیند انجماد نیز مطالعه شده است. با این تفاوت که در فرآیند انجماد نیازی به اعمال شرط مرزی شناوری وجود ندارد. روش عددی مورد استفاده روش بولتزمن شبکه‏ ای بوده و نتایج بر اساس اعداد بی‏ بعد گزارش شده است. بر اساس نتایج بدست آمده، اثرات جابجایی طبیعی در فرآیند انجماد قابل صرف نظر است، در حالی که در نظر گرفتن اثرات جابجایی طبیعی تغییر چشم‏گیری در مدت زمان مورد نیاز برای ذوب کامل ماده تغییر فاز دهنده ایجاد می‏ کند.