Бал уюгу түрүндөгү фазалык өзгөрүүчү жылуулук сактоо түзүлүшү фазалык өзгөрүү материалын (Phase Change Material, PCM) бөлүштүрүлгөн алты бурчтуу уячаларда кармап, бул уячалардын айланасынан өтүүчү жылуулук ташуучу суюктук (Heat Transfer Fluid, HTF) аркылуу жылуулук сактаган жашыруун жылуулук сактоо тутуму болуп саналат. Бул изилдөө жалпы PCM көлөмүн болжол менен бирдей сактап, 4, 9, 16 жана 25 уячалуу түзүлүштөрдү эки өлчөмдүү CFD модели менен салыштырган; ошондой эле HTF кирүү температурасын, кирүү ылдамдыгын жана суюктуктун түрүн өзгөрткөн. Уячалардын санын көбөйтүү жана кирүү температурасын жогорулатуу заряддоону кыйла тездеткен, ал эми кирүү ылдамдыгынын таасири сызыктуу болгон эмес жана изилденген шарттарда 0,01 m/s эң жакшы жалпы натыйжаны берген. Бирок изилдөө толук масштабдагы үч өлчөмдүү бак эксперименти эмес, салыштырма эки өлчөмдүү сандык модель болуп саналат.
4 уячалуу түзүлүш эталон катары алынганда, 9, 16 жана 25 уячалуу түзүлүштөрдүн орточо суюк фракциясынын 0,8 ге жетүү убактысы тиешелүүлүгүнө жараша %58,3, %73,9 жана %83,5 кыскарган. 9000 s аягында 25 уячалуу түзүлүш 5446,83 kJ жалпы жылуулук сактаган, ал эми 4 уячалуу түзүлүш 2644,76 kJ сактаган; айырма %106,0 болгон.
25 уячалуу түзүлүштө HTF кирүү температурасын 338 K ден 343 K жана 348 K ге көтөрүү толук эрүү убактысын 23.236 s ден тиешелүүлүгүнө жараша 16.876 s жана 13.371 s ге түшүргөн. Ошол эле шарттарда 9000 s аягында жалпы сакталган жылуулук 5446,82 kJ ден 6239,53 жана 6911,76 kJ ге жогорулаган.
Кирүү ылдамдыгын 0,003 m/s ден 0,01 m/s ге көтөрүү заряддоону тездеткен, бирок 0,1 жана 0,15 m/s ге чейинки кошумча өсүштөр иштөө көрсөткүчүнүн бир аз төмөндөшүнө алып келген. Суу, пропиленгликоль жана этиленгликоль арасында эң жакшы көрсөткүчтү суу берген; бирок үч HTF ортосундагы айырма уячалардын саны менен кирүү температурасынын таасирине салыштырмалуу аз.
Изилдөөнүн негизги көйгөйү
Фазалык өзгөрүү материалдары катуу-суюк фаза өтүүсүндө көп өлчөмдө жашыруун жылуулук сактай алгандыктан, күн энергиясына негизделген жылытуу, ысык суу өндүрүү жана төмөн температуралуу таза энергия тутумдарында энергия сунушу менен суроо-талабын ар башка убакыттарга жылдырууга мүмкүнчүлүк берген сактоо элементтери болуп саналат. Бирок PCM дин жылуулук өткөрүмдүүлүгүнүн төмөн болушу, айрыкча чоң PCM көлөмүндө, эрүү фронтунун илгерилешин жайлатышы мүмкүн.
Ошондуктан кайсы PCM колдонулганы гана эмес, PCM сактоо түзүлүшүнүн ичинде кандай бөлүштүрүлгөнү да заряддоо убактысын аныктайт. Бал уюгу түзүмү PCM ди майда аймактарга бөлүп, HTF өтмөктөрүн иреттүү бөлүштүрөт. Изилдөөнүн негизги суроосу жалпы PCM көлөмү болжол менен туруктуу кармалганда, уячалардын санын гана көбөйтүү жылуулук өткөрүү жана эрүү жүрүм-турумуна канчалык таасир этери болуп саналат.
Изилдөөдөгү адабият боштугу
Мурунку изилдөөлөр ар кандай капсула формаларына, өзүнчө бал уюгу уячаларынын геометриясына, уячалардын багытына, жылуулук өткөрүүчү бал уюгу канатчаларына же белгилүү HTF температураларына көңүл бурган. Бул изилдөө болсо бак деңгээлинде, болжол менен бирдей PCM запасынын шартында бөлүштүрүлгөн алты бурчтуу уячалардын санын 4 төн 25 ке өзгөртүү менен геометриялык бөлүштүрүүнүн таасирин PCM көлөмүнүн таасиринен ажыратууга аракет кылат.
Мындан тышкары, уячалардын саны өзүнчө гана изилденген эмес; HTF кирүү температурасы, кирүү ылдамдыгы жана суюктуктун түрү да ошол эле модель инфраструктурасында салыштырылган. Ошентип геометриялык жана иштетүү параметрлеринин салыштырмалуу маанисин көрсөтүү максат кылынган.
Бал уюгунун геометриясы
Модель бактын ички өлчөмдөрү 500 mm × 450 mm × 400 mm, ал эми ички көлөмү 0,0900 m³. Сандык модель туурасынан кесилишти эки өлчөмдүү түрдө көрсөтөт. Уячалар огу боюнча 400 mm узундукта жана өзгөрбөгөн кесилишке ээ деп кабыл алынган.
| Уячалардын саны | Алты бурчтуктун каптал узундугу | Жалпы PCM көлөмү | Болжолдуу PCM массасы | Бактагы PCM көлөм үлүшү |
|---|---|---|---|---|
| 4 | 80,00 mm | ≈0,02660 m³ | ≈26,34 kg | ≈%29,56 |
| 9 | 53,33 mm | ≈0,02660 m³ | ≈26,34 kg | ≈%29,56 |
| 16 | 40,00 mm | ≈0,02660 m³ | ≈26,34 kg | ≈%29,56 |
| 25 | 32,00 mm | ≈0,02660 m³ | ≈26,34 kg | ≈%29,56 |
Алты бурчтуктардын жалпы туурасынан кесилиш аянты:
\[ A_{\mathrm{PCM}} = N\left(\frac{3\sqrt{3}}{2}\right)a^2 \approx 0.06651\ \mathrm{m^2} \]
түрүндө туруктуу кармалган. Бул жерде \(N\) уячалардын санын, \(a\) болсо алты бурчтуктун каптал узундугун билдирет.
Бактын кесилиш аянты:
\[ A_{\mathrm{tank}}=0.500\times0.450=0.225\ \mathrm{m^2} \]
болгондуктан PCM көлөм үлүшү:
\[ \phi_{\mathrm{PCM}}= \frac{A_{\mathrm{PCM}}}{A_{\mathrm{tank}}} = \frac{0.06651}{0.225} \approx29.56\% \]
түрүндө алынат. Изилдөөдөгү %29,56 өзүнчө оптималдуу толтуруу катышы эмес; болжол менен туруктуу PCM запасын сактоо үчүн тандалган геометриянын натыйжасы.
Бал Уюгунун Уячаларынын Санынын Көбөйүшү PCM Заряддоону Эмне Үчүн Тездетти?
Изилдөөдө уячалардын саны көбөйгөн сайын PCM майда аймактарга бөлүнүп, эффективдүү жылуулук өткөрүү бетинин аянты чоңойгон жана мүнөздүү жылуулук өткөрүү аралыгы кыскарган; авторлор ошондой эле кичирээк аралык HTF өтмөктөрү токтоп калган агым зоналарын азайтып, жергиликтүү конвективдик каршылыкты төмөндөтөрүн белгилешет. Бул механизмдер 25 уячалуу түзүлүштө температуранын тезирээк жана бир калыпта жогорулашы менен бирге эрүү фронтунун тезирээк илгерилешин түшүндүрөт.
Фазалык өзгөрүү материалы: RT54HC
Сактоо материалы катары RT54HC колдонулган. Материалдын катуулануу/суюлануу температуралары болжол менен 326–327 K диапазонунда жана эрүү жашыруун жылуулугу 200.000 J/kg.
| Касиет | RT54HC | Суу | Этиленгликоль | Пропиленгликоль |
|---|---|---|---|---|
| Фазалык өзгөрүү температурасы | 326 K катуу / 327 K суюк | - | - | - |
| Тыгыздык | 990 / 850 kg/m³ | 998,2 kg/m³ | 1111,4 kg/m³ | 1045,52 kg/m³ |
| Жылуулук өткөрүмдүүлүк | 0,2 W/(m·K) | 0,6 W/(m·K) | 0,252 W/(m·K) | 0,359 W/(m·K) |
| Салыштырма жылуулук | 2000 J/(kg·K) | 4182 J/(kg·K) | 2415 J/(kg·K) | 3513 J/(kg·K) |
| Эрүү жашыруун жылуулугу | 200.000 J/kg | - | - | - |
| Динамикалык илешкектүүлүк | 0,0073 kg/(m·s) | 0,001003 kg/(m·s) | 0,0157 kg/(m·s) | 0,00834 kg/(m·s) |
| Жылуулук кеңейүү коэффициенти | 3,08 × 10−4 K−1 | - | - | - |
13 сандык салыштыруу шарты
| Абалы | Уячалардын саны | Кирүү ылдамдыгы | Кирүү температурасы | HTF |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 4 | 0,1 m/s | 338 K | Суу |
| 2 | 9 | 0,1 m/s | 338 K | Суу |
| 3 | 16 | 0,1 m/s | 338 K | Суу |
| 4 | 25 | 0,1 m/s | 338 K | Суу |
| 5 | 25 | 0,1 m/s | 343 K | Суу |
| 6 | 25 | 0,1 m/s | 348 K | Суу |
| 7 | 25 | 0,003 m/s | 338 K | Суу |
| 8 | 25 | 0,005 m/s | 338 K | Суу |
| 9 | 25 | 0,01 m/s | 338 K | Суу |
| 10 | 25 | 0,15 m/s | 338 K | Суу |
| 11 | 25 | 0,1 m/s | 348 K | Суу |
| 12 | 25 | 0,1 m/s | 348 K | Этиленгликоль |
| 13 | 25 | 0,1 m/s | 348 K | Пропиленгликоль |
6-абал менен 11-абал бирдей сандык иш шартын камтыйт. Бул жалпы суу шарты кирүү температурасын салыштыруунун жогорку температуралык эталону жана суюктуктун түрүн салыштыруунун суу эталону катары кайра колдонулат.
Сандык моделдин негизги божомолдору
- Суюк PCM жана HTF кысылбаган Ньютон тибиндеги суюктуктар.
- Суюк PCM ичиндеги табигый конвекция Boussinesq ыкмасы менен моделделген.
- Катуу-суюк фаза өтүүсүндөгү көлөм өзгөрүүсү негизги моделде эске алынган эмес.
- PCM капсуласынын дубалы нөл калыңдыктагы термалык интерфейс катары каралган.
- Капсула дубалынын жылуулук каршылыгы жана жылуулук сыйымдуулугу моделделген эмес.
- Бактын тышкы дубалдарынан айлана-чөйрөгө жылуулук жоготуусу эске алынган эмес.
- PCM–HTF интерфейсинде температура жана нормалдуу жылуулук агымы үзгүлтүксүз; интерфейс аркылуу масса өтүүсү жок.
HTF үчүн сакталуу теңдемелери
Жылуулук ташуучу суюктук үчүн үзгүлтүксүздүк теңдемеси:
\[ \nabla\cdot\vec{u}=0 \]
Импульс теңдемеси:
\[ \rho_{\mathrm{HTF}} \frac{\partial\vec{u}}{\partial t} + \rho_{\mathrm{HTF}}\vec{u}\cdot(\nabla\cdot\vec{u}) = -\nabla p+ \mu_{\mathrm{HTF}}\nabla^2\vec{u} \]
Энергия теңдемеси:
\[ \rho_{\mathrm{HTF}}c_{\mathrm{HTF}} \frac{\partial T}{\partial t} + \rho_{\mathrm{HTF}}c_{\mathrm{HTF}} \vec{u}\cdot\nabla T = \nabla\cdot \left( \lambda_{\mathrm{HTF}}\nabla T \right) \]
Бул жерде \(\vec{u}\) ылдамдык вектору, \(t\) убакыт, \(\rho_{\mathrm{HTF}}\) тыгыздык, \(c_{\mathrm{HTF}}\) салыштырма жылуулук, \(\lambda_{\mathrm{HTF}}\) жылуулук өткөрүмдүүлүк, \(p\) басым жана \(T\) температура.
PCM үчүн энтальпия-көңдөйлүүлүк модели
PCM дин үзгүлтүксүздүк теңдемеси дагы:
\[ \nabla\cdot\vec{u}=0 \]
түрүндө.
PCM импульс теңдемеси булакта төмөнкүдөй берилген:
\[ \rho_{\mathrm{PCM}} \frac{\partial\vec{u}}{\partial t} + \rho_{\mathrm{PCM}}\vec{u}\cdot(\nabla\cdot\vec{u}) = -\nabla p + \mu_{\mathrm{PCM}}\nabla^2\vec{u} + \rho_{\mathrm{PCM}}\alpha_v(T-T_m)\vec{g} - A_{\mathrm{mush}} \frac{(1-\beta)^2}{\beta^3+\varepsilon}\vec{u} \]
Акыркы мүчө энтальпия-көңдөйлүүлүк ыкмасындагы катуу-суюк mushy zone каршылык мүчөсү. Катуу аймакка жакындаган сайын суюк фракция \(\beta\) азайып, агымды басаңдаткан каршылык өсөт. Булакта \(A_{\mathrm{mush}}=10^5\ \mathrm{kg/(m^3\,s)}\) жана \(\varepsilon=0,001\) колдонулган.
PCM энергия теңдемеси:
\[ \rho_{\mathrm{PCM}} \frac{\partial H}{\partial t} + \rho_{\mathrm{PCM}}\nabla\cdot(\vec{u}H) = \nabla\left(\lambda_{\mathrm{PCM}}\nabla T\right) \]
түрүндө. \(H\) PCM дин салыштырма энтальпиясы.
Суюк фракция
Фаза өзгөрүү аймагындагы суюк фракция:
\[ \beta= \begin{cases} 0, & T\leq T_s\\ \dfrac{T-T_s}{T_l-T_s}, & T_s<T<T_l\\ 1, & T\geq T_l \end{cases} \]
түрүндө эсептелген. \(T_s\) solidus, \(T_l\) liquidus температурасы. Демек, \(\beta=0\) толугу менен катуу, \(\beta=1\) толугу менен суюк PCM ди билдирет.
PCM дин салыштырма энтальпиясы
Булакта салыштырма энтальпия:
\[ H= h_{\mathrm{ref}} + c_p(T-T_{\mathrm{ref}}) + \beta L \]
түрүндө берилет. Алгачкы эки мүчө сезилүүчү жылуулук бөлүгүн, \(\beta L\) болсо фаза өзгөрүүсүндөгү жашыруун жылуулук салымын көрсөтөт. \(L\) PCM дин эрүү жашыруун жылуулугу.
Чек ара шарттары
Тышкы тик төрт бурчтуу дубалдар адиабаттык деп кабыл алынган:
\[ \frac{\partial T}{\partial x} = \frac{\partial T}{\partial y} = 0 \]
Бирок PCM–HTF интерфейстери адиабаттык эмес. Жергиликтүү температуранын үзгүлтүксүздүгү:
\[ T_{\mathrm{HTF}}\big|_{\Gamma} = T_{\mathrm{PCM}}\big|_{\Gamma} \]
жана нормалдуу жылуулук агымынын сакталуусу:
\[ -k_{\mathrm{HTF}} \frac{\partial T_{\mathrm{HTF}}}{\partial n} \bigg|_{\Gamma} = -k_{\mathrm{PCM}} \frac{\partial T_{\mathrm{PCM}}}{\partial n} \bigg|_{\Gamma} \]
шарттары менен колдонулган. Бул жергиликтүү интерфейс температураларынын теңдиги HTF нин массалык орточо температурасы менен PCM дин ички орточо температурасы ар дайым тең экенин билдирбейт.
CFD чечкичи жана сандык жөндөөлөр
Эки өлчөмдүү CFD чечиминде стандарттык \(k-\varepsilon\) турбуленттүүлүк модели колдонулган. Басым-ылдамдык байланышы SIMPLE алгоритми менен чечилип, масса, импульс жана энергия теңдемелеринде экинчи тартиптеги upwind дискреттештирүү колдонулган.
Импульс, басымды оңдоо, энергия жана эрүү фракциясы үчүн релаксация коэффициенттери тиешелүүлүгүнө жараша 0,7; 0,3; 1 жана 0,6.
HTF аймагы структураланган төрт бурчтуу элементтер менен, PCM аймактары болсо алты бурчтуу чектерге ылайыкташуу үчүн структураланбаган үч бурчтуу элементтер менен торлонгон. PCM–HTF интерфейстеринде чоң температура градиенттерин чечүү үчүн жергиликтүү торду майдалоо колдонулган.
Тор жана убакыт кадамынын көз карандысыздыгы
Тордун көз карандысыздыгы 19.214, 35.223 жана 76.913 уячалуу торлор менен; убакыт кадамынын көз карандысыздыгы 0,5, 1 жана 2 s маанилери менен изилденген. Акыркы эсептөөлөрдө тактык жана эсептөө чыгымы эске алынып 76.913 тор уячасы жана 1 s убакыт кадамы колдонулган.
Акыркы тордун minimum orthogonal quality мааниси 0,467, maximum aspect ratio мааниси 4,35 деп берилген.
Моделди текшерүү
CFD модели адабияттагы шакек түрүндөгү PCM эрүү экспериментинин температура маалыматтары менен салыштырылган. Үч түрдүү радиалдык байкоо чекити чогуу бааланганда:
| RMSE | 1,240 K |
|---|---|
| R² | 0,9725 |
| MAPE | %1,876 |
Бул текшерүү RT54HC ге тиешелүү материал эксперименти эмес. Булак бул салыштырууну жылуулук өткөрүү, табигый конвекция, жашыруун жылуулукту сиңирүү жана катуу-суюк интерфейс кыймылын камтыган негизги физикалык механизмдер акылга сыярлык түрдө көрсөтүлгөн-көрсөтүлбөгөнүн текшерүү үчүн колдонот.
Кирүү Ылдамдыгынын Таасири Эмне Үчүн Сызыктуу Эмес?
Изилденген бал уюгу геометриясында кирүү ылдамдыгын 0,003 m/s ден 0,01 m/s ге көтөрүү конвективдик жылуулук өткөрүүнү жана жалпы заряддоону жакшырткан, бирок ылдамдыкты 0,1–0,15 m/s диапазонуна көтөрүү кошумча пайда берген эмес жана айрым көрсөткүчтөрдө бир аз начарлоого алып келген. Булак мунун так механизмин эксперимент аркылуу далилдебейт, мүмкүн болгон түшүндүрмө катары жогорку көлөмдүк ылдамдыктарда HTF нин бардык PCM уячаларына бара-бара бирдей эмес бөлүштүрүлүшүн көрсөтөт.
Изилдөө колдогон жана колдобогон жыйынтыктар
| Изилдөө колдойт | Изилдөөнүн өзү колдобойт |
|---|---|
| Болжол менен бирдей PCM көлөмүндө уячалардын санынын көбөйүшү изилденген моделде заряддоону жана эрүү процесстерин тездеткен. | Алты бурчтуу уяча бардык мүмкүн болгон PCM геометрияларынын ичинен эң тез же универсалдуу түрдө эң жакшы геометрия экенин. |
| 25 уячалуу түзүлүш 4 уячалуу түзүлүшкө салыштырганда 9000 s ичинде көбүрөөк колдонууга жарамдуу жылуулук сактаган. | 25 уячалуу түзүлүш PCM дин теориялык максималдуу энергия сыйымдуулугун эки эсеге көбөйтөрүн. |
| Кирүү температурасын жогорулатуу изилденген диапазондо эрүү жана заряддоону тездеткен. | Температураны чексиз жогорулатуу ар дайым жакшыраак же коопсуз экенин. |
| 0,01 m/s изилденген ылдамдыктардын арасында эң жакшы жалпы заряддоо көрсөткүчүн берген. | 0,01 m/s ар башка бак геометриялары же насостук тутумдар үчүн универсалдуу оптимум экенин. |
| Суу изилденген үч HTF арасында эң жогорку заряддоо көрсөткүчүн берген. | Тоңуудан коргоо, насостук энергия, чыгым же талаадагы эксплуатация эске алынганда суу бардык колдонмолордо эң жакшы суюктук экенин. |
| Эки өлчөмдүү модель эксперименталдык адабияттагы температура маалыматтары менен жакшы шайкештик көрсөткөн. | Толук масштабдагы үч өлчөмдүү бактын иштөөсү, кирүү/чыгуу коллектору жана четки дубал таасирлери түздөн-түз текшерилгенин. |
Изилдөөнүн Ыкмасы жана Жыйынтыктары
Уячалардын санынын орточо температурага таасири
4 уячалуу түзүлүштө орточо PCM температурасынын 330 K ге жетиши 31.117 s болгон. 9, 16 жана 25 уячалуу түзүлүштөрдө бул убакыттар тиешелүүлүгүнө жараша 16.005, 10.803 жана 6541 s.
| Уячалардын саны | Убакыт | 4 уячага салыштырмалуу азаюу |
|---|---|---|
| 4 | 31.117 s | Эталон |
| 9 | 16.005 s | %48,6 |
| 16 | 10.803 s | %65,3 |
| 25 | 6541 s | %79,0 |
Уячалардын санынын эрүү убактысына таасири
Орточо суюк фракциянын 0,8 ге жетиши үчүн талап кылынган убакыт:
| Уячалардын саны | Убакыт | 4 уячага салыштырмалуу азаюу |
|---|---|---|
| 4 | 71.423 s | Эталон |
| 9 | 29.788 s | %58,3 |
| 16 | 18.668 s | %73,9 |
| 25 | 11.806 s | %83,5 |
9000 s ичиндеги уячалардын саны боюнча салыштыруу
| Уяча | Орточо жылуулук сактоо ылдамдыгы | Салыштырма сакталган жылуулук | Сезилүүчү жылуулук | Жашыруун жылуулук | Жалпы сакталган жылуулук |
|---|---|---|---|---|---|
| 4 | 0,29 kW | 100,43 kJ/kg | 1309,49 kJ | 1335,27 kJ | 2644,76 kJ |
| 9 | 0,43 kW | 145,45 kJ/kg | 1588,99 kJ | 2241,54 kJ | 3830,53 kJ |
| 16 | 0,50 kW | 171,38 kJ/kg | 1660,80 kJ | 2852,62 kJ | 4513,42 kJ |
| 25 | 0,61 kW | 206,82 kJ/kg | 1734,55 kJ | 3712,28 kJ | 5446,83 kJ |
4 уячадан 25 уячага өткөндө 9000 s аягында сезилүүчү жылуулук %32,5, жашыруун жылуулук %178,0 жана жалпы сакталган жылуулук %106,0 көбөйгөн.
Бул жердеги %106,0 өсүш PCM дин теориялык максималдуу сактоо сыйымдуулугу эки эсеге көбөйгөн дегенди билдирбейт. Жалпы PCM көлөмү болжол менен бирдей; 25 уячалуу түзүлүш бирдей 9000 s заряддоо убактысында гана жеткиликтүү сыйымдуулуктун чоңураак бөлүгүн пайдалана алган.
Кирүү температурасынын эрүү процессине таасири
| Кирүү температурасы | Толук эрүү убактысы | \(\beta=0,8\) убактысы | 9000 s суюк фракция | 9000 s жалпы сакталган жылуулук |
|---|---|---|---|---|
| 338 K | 23.236 s | 11.806 s | 0,70 | 5446,82 kJ |
| 343 K | 16.876 s | 8537 s | 0,82 | 6239,53 kJ |
| 348 K | 13.371 s | 6731 s | 0,90 | 6911,76 kJ |
338 K эталонуна салыштырмалуу 343 K жана 348 K шарттарында толук эрүү убактысы тиешелүүлүгүнө жараша %27,4 жана %42,5 кыскарган. Ушул эки температуралык өсүш 9000 s ичиндеги жалпы сакталган жылуулукту %14,6 жана %26,9 көбөйткөн.
Кирүү температурасы эмне үчүн күчтүү параметр?
HTF менен PCM ортосундагы температура айырмасы чоңойгон сайын жылуулук кыймылдаткыч күчү көбөйөт. Изилдөөнүн температура контурлары жогорку кирүү температурасында PCM ичиндеги төмөн температуралуу катуу өзөктөр тезирээк кичирейип, 348 K шартында 14.400 s ге жетпей толук суюлануу болгонун көрсөтөт.
Кирүү ылдамдыгын салыштыруу
| Кирүү ылдамдыгы | Орточо суюк фракция | Орточо жылуулук сактоо ылдамдыгы | Салыштырма сакталган жылуулук | Жалпы сакталган жылуулук |
|---|---|---|---|---|
| 0,003 m/s | 0,59 | 0,532 kW | 181,78 kJ/kg | 4787,16 kJ |
| 0,005 m/s | 0,67 | 0,579 kW | 197,96 kJ/kg | 5213,37 kJ |
| 0,01 m/s | 0,71 | 0,608 kW | 207,88 kJ/kg | 5474,57 kJ |
| 0,1 m/s | 0,70 | 0,605 kW | 206,82 kJ/kg | 5446,83 kJ |
| 0,15 m/s | 0,70 | 0,605 kW | 206,75 kJ/kg | 5444,81 kJ |
0,003 m/s эталонуна салыштырмалуу 0,005 жана 0,01 m/s ылдамдыктары суюк фракциянын 0,8 ге жетүү убактысын тиешелүүлүгүнө жараша %15,3 жана %22,8 кыскарткан. Ал эми 0,01 m/s ден 0,1 m/s ге көтөрүү ошол эле убакытты %4,0 узарткан.
Суюктуктун түрүнүн таасири
| HTF | Толук эрүү убактысы | \(\beta=0,8\) убактысы | 9000 s суюк фракция | Орточо жылуулук сактоо ылдамдыгы | Салыштырма сакталган жылуулук | Жалпы сакталган жылуулук |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Суу | 13.371 s | 6731 s | 0,904 | 0,768 kW | 262,45 kJ/kg | 6911,76 kJ |
| Пропиленгликоль | 13.560 s | 6905 s | 0,896 | 0,761 kW | 260,20 kJ/kg | 6852,39 kJ |
| Этиленгликоль | 13.840 s | 7100 s | 0,887 | 0,754 kW | 257,80 kJ/kg | 6789,264 kJ |
Иштөө көрсөткүчүнүн тартиби суу > пропиленгликоль > этиленгликоль түрүндө. Бирок үч суюктуктун заряддоо натыйжалары бири-бирине жакын. Ошондуктан булак тоңуудан коргоо талап кылынган чөйрөлөрдө гликоль негизиндеги HTF колдонуу заряддоо көрсөткүчүнүн чектелген гана жоготуусу менен мүмкүн болушу ыктымал экенин белгилейт.
Эки Өлчөмдүү Модель Кайсы Чыныгы Тутум Таасирлерин Көрсөтпөйт?
Эки өлчөмдүү модель бал уюгу түзүлүшүнүн туурасынан кесилишиндеги HTF бөлүштүрүлүшүн, жылуулук өткөрүүнү жана PCM эрүү процесстерин салыштыруу үчүн иштелип чыккан; ал огу боюнча жылуулук өткөрүүнү, кирүү жана чыгуу жерлериндеги үч өлчөмдүү агымдын өнүгүшүн, коллектордун бирдей эместигин, четки дубал таасирлерин жана жергиликтүү үч өлчөмдүү агым түзүлүштөрүн түздөн-түз көрсөтпөйт. Ошондуктан натыйжалар салыштырмалуу долбоорлоо тенденциялары үчүн колдонулушу мүмкүн, бирок толук масштабдагы бактын бардык жергиликтүү үч өлчөмдүү жүрүм-турумун түздөн-түз болжолдоо катары чечмеленбеши керек.
Нөл калыңдыктагы капсула дубалы божомолу
PCM менен HTF ортосунда чектүү калыңдыктагы капсула материалы моделделген эмес. Натыйжада дубалдын жылуулук каршылыгы, дубалдын жылуулук сыйымдуулугу жана контакт каршылыгы эсептөөлөргө түздөн-түз кирбейт.
Чыныгы жылуулук өткөрүүчү дубал жылуулук өткөрүүнү күчөтүшү мүмкүн; ошол эле учурда бактын ичинде PCM ге бөлүнө турган көлөмдү азайтышы мүмкүн. Булак ошондуктан учурдагы натыйжалардан ар кандай капсула материалдарынын структуралык же термалык артыкчылыгын чыгарууга болбой турганын ачык белгилейт.
PCM касиеттеринин температурага көз карандылыгы
Моделде RT54HC нин жылуулук өткөрүмдүүлүгү жана салыштырма жылуулугу үчүн туруктуу орточо маанилер колдонулган. Мунун себеби жетиштүү толук температурага көз каранды маалыматтын жоктугу. Бул ыкма көзөмөлдөнгөн параметр салыштыруусу үчүн колдонулганына карабастан, жергиликтүү эрүү деталдарында кошумча белгисиздик жаратышы мүмкүн.
Көлөм өзгөрүүсү
Негизги модель катуу-суюк тыгыздык айырмасы жараткан өткөөл көлөмдүк кеңейүүнү чечпейт. Булакта кошумча туруктуу-боштук сценарийи геометриялык боштук муктаждыгын эске алганы, бирок PCM дин убакыт өтүшү менен бул боштукка кеңейишин симуляциялабаганы айтылат.
Авторлор келечекте эркин бет же көп фазалуу модель, газ кысылышы жана структуралык деформация эсептөөлөрүн бириктирүүнү сунушташат.
Келечектеги изилдөө
Булак келечекте үч өлчөмдүү текшерүүнү, чектүү дубал калыңдыгын жана материал касиеттерин, температурага көз каранды PCM касиеттерин, PCM жылуулук өткөрүмдүүлүгүн, жашыруун жылуулукту, эрүү температурасын, бал уюгунун каптал узундугун жана PCM толтуруу катышын көп параметрлүү сезгичтик жана көп максаттуу оптималдаштыруу менен изилдөөнү сунуштайт.
2-сүрөт боюнча булак эскертүүсү
Булак тексти төрт негизги геометрияны 4, 9, 16 жана 25 уяча деп аныктап, 16 уяча үчүн 40,00 mm алты бурчтуктун каптал узундугун берет. Бирок булактагы 2-сүрөттүн аталышы үч көрүнүштү 4-cell, 9-cell жана 25-cell деп атайт. Ошондуктан Verianla бул сүрөттү кайра чыгарууда булак сүрөтүнүн энбелгисин үнсүз түрдө “16 уяча” деп өзгөртпөшү керек; 16 уячалуу конфигурация булак текстиндеги текшерилген геометриялык маалыматтар гана колдонулуп, өзүнчө жана ачык түрдө кайра чийилиши мүмкүн.
Булак жана Ыкма Жөнүндө Эскертүү
| Түпнуска аталышы | Thermal Storage Characteristics of Honeycomb Phase Change Unit with Different Fluid Parameters |
|---|---|
| Авторлор | Mingji Wang; Yangyang Wu; Xinhua Guo; Yinxia Zhuang |
| Жооптуу автор | Yangyang Wu |
| Мекеме | School of Electronic and Communication Engineering, Quanzhou University of Information Engineering, Quanzhou 362000, China |
| DOI | 10.3390/en19174223 |
| Журнал | Energies |
| Басмакана | MDPI, Basel, Switzerland |
| Том / сан / макала | 19 / 17 / 4223 |
| Булак түрү | Article; эки өлчөмдүү CFD жана энтальпия-көңдөйлүүлүккө негизделген сандык фазалык өзгөрүүчү жылуулук сактоо изилдөөсү |
| Келип түшкөн күнү | 23 Июнь 2026 |
| Ревизия | 6 Август 2026 |
| Кабыл алуу | 10 Август 2026 |
| Жарыялоо | 7 Сентябрь 2026 |
| Рецензия | Рецензияланган журнал макаласы |
| Лицензия | Creative Commons Attribution (CC BY) |
| Каржылоо | Fujian Provincial Natural Science Foundation of China, No. 2023J05305 |
| Маалыматтардын жеткиликтүүлүгү | Түпнуска салымдар макаланын ичинде берилгени; кошумча маалымат суроолору жооптуу авторго багытталышы мүмкүн экени билдирилген. |
| Кызыкчылыктардын кагылышы | Авторлор кызыкчылыктардын кагылышын билдиришкен эмес. |
Авторлордун салымы: Mingji Wang концептуалдаштыруу, методология жана карап чыгуу/редакциялоо; Yangyang Wu визуалдаштыруу, изилдөө жана алгачкы долбоор; Xinhua Guo маалыматтарды курациялоо; Yinxia Zhuang көзөмөл жана долбоорду башкаруу милдеттерин аткарган.
Моделдөө чеги: Изилдөөнүн негизги натыйжалары эки өлчөмдүү сандык симуляциялардан алынган. Учурдагы модель чыныгы бактын кирүү/чыгуу коллекторлорун, огу боюнча температура өзгөрүшүн, четки дубалдарды жана башка үч өлчөмдүү таасирлерди түздөн-түз чечпейт.
Текшерүү чеги: Сандык модель мурда жарыяланган PCM эрүү экспериментинин температура маалыматтары менен салыштырылып, төмөн ката метрикалары алынган; бирок бул салыштыруу түздөн-түз RT54HC бал уюгу бак прототибинде жүргүзүлгөн көз карандысыз физикалык эксперимент эмес.
Сыйымдуулукту чечмелөө: 25 уячалуу түзүлүштүн 9000 s ичиндеги жалпы сакталган жылуулугунун өсүшү теориялык максималдуу PCM сыйымдуулугунун өсүшүн эмес, бирдей заряддоо убактысында сыйымдуулуктун чоңураак бөлүгү пайдаланылганын билдирет.
Ылдамдыкты чечмелөө: 0,01 m/s ушул изилдөөдө каралган геометрия, HTF жана чек ара шарттарынын чегинде гана эң жакшы көрсөткүчтү берген. Универсалдуу оптималдуу HTF ылдамдыгы катары чечмеленбеши керек.
Визуалды кайра чийүү: Булак маалыматтарынан 4/9/16/25 уячага бөлүү, 9000 s жылуулук сактоо салыштыруулары, кирүү температурасы менен ылдамдыгынын эрүү убактысына таасири жана үч HTF натыйжалары Verianla үчүн оригиналдуу график жана схемалар катары кайра чийилиши мүмкүн. Булактагы 2-сүрөттө 16 уячалуу түзүлүш энбелгисинин көйгөйү кайра чийүүдө ачык эске алынышы керек.
Пикир калтырыңыз
E-mail дарегиңиз жарыяланбайт. Милдеттүү талаалар * менен белгиленген