Kitengo cha kuhifadhi joto cha mabadiliko ya awamu chenye muundo wa sega la asali ni mfumo wa kuhifadhi joto fiche unaoweka nyenzo ya mabadiliko ya awamu (Phase Change Material, PCM) ndani ya seli za pembesita zilizogawanywa na kuhifadhi joto kupitia kiowevu cha uhamishaji joto (Heat Transfer Fluid, HTF) kinachopita kuzunguka seli hizo. Utafiti huu ulilinganisha mipangilio yenye seli 4, 9, 16 na 25 kwa kutumia modeli ya CFD ya pande mbili huku ukidumisha takribani kiasi kilekile cha jumla cha PCM; pia ulibadilisha joto la kuingiza HTF, kasi ya kuingiza na aina ya kiowevu. Kuongeza idadi ya seli na kuongeza joto la kuingiza kuliharakisha uchaji kwa kiwango kikubwa, ilhali athari ya kasi ya kuingiza haikuwa ya mstari na katika hali zilizochunguzwa 0,01 m/s ilitoa matokeo bora zaidi kwa ujumla. Hata hivyo, utafiti huu si jaribio la tanki la pande tatu lenye ukubwa kamili, bali ni modeli linganishi ya nambari ya pande mbili.
Kwa kutumia muundo wa seli 4 kama rejeleo, muda wa kufikia sehemu ya wastani ya kioevu ya 0,8 ulipungua kwa %58,3, %73,9 na %83,5 mtawalia katika miundo yenye seli 9, 16 na 25. Mwishoni mwa 9000 s, muundo wa seli 25 ulihifadhi jumla ya 5446,83 kJ za joto, huku muundo wa seli 4 ukihifadhi 2644,76 kJ; tofauti ilikuwa %106,0.
Katika muundo wa seli 25, kuongeza joto la kuingiza HTF kutoka 338 K hadi 343 K na 348 K kulipunguza muda wa kuyeyuka kabisa kutoka 23.236 s hadi 16.876 s na 13.371 s mtawalia. Chini ya hali hizo hizo, mwishoni mwa 9000 s, jumla ya joto lililohifadhiwa iliongezeka kutoka 5446,82 kJ hadi 6239,53 na 6911,76 kJ.
Kuongeza kasi ya kuingiza kutoka 0,003 m/s hadi 0,01 m/s kuliharakisha uchaji, lakini ongezeko zaidi hadi 0,1 na 0,15 m/s lilisababisha kupungua kidogo kwa utendaji. Kati ya maji, propylene glycol na ethylene glycol, maji yalitoa utendaji bora zaidi; hata hivyo, tofauti kati ya HTF hizi tatu ni ndogo ikilinganishwa na athari ya idadi ya seli na joto la kuingiza.
Tatizo kuu la utafiti
Nyenzo za mabadiliko ya awamu zinaweza kuhifadhi kiasi kikubwa cha joto fiche wakati wa mabadiliko ya awamu kutoka hali mango hadi kioevu, kwa hiyo ni vipengele vya uhifadhi vinavyoweza kuhamisha muda wa upatikanaji na mahitaji ya nishati katika mifumo ya kupasha joto inayosaidiwa na nishati ya jua, uzalishaji wa maji ya moto na mifumo ya nishati safi ya joto la chini. Hata hivyo, upitishaji joto mdogo wa PCM unaweza kupunguza kasi ya kusonga kwa eneo la kuyeyuka, hasa katika ujazo mkubwa wa PCM.
Kwa hiyo, si aina ya PCM inayotumika pekee, bali pia namna PCM inavyogawanywa ndani ya kitengo cha kuhifadhi ndiyo huamua muda wa uchaji. Muundo wa sega la asali hugawanya PCM katika maeneo madogo na kusambaza njia za HTF kwa mpangilio. Swali kuu la utafiti ni kiwango ambacho kuongeza tu idadi ya seli huathiri uhamishaji joto na tabia ya kuyeyuka wakati kiasi cha jumla cha PCM kinadumishwa karibu kuwa thabiti.
Pengo la fasihi katika utafiti
Tafiti za awali zimejikita katika maumbo tofauti ya kapsuli, jiometri ya seli moja moja za sega la asali, mwelekeo wa seli, mabawa ya sega yanayopitisha joto au viwango maalum vya joto la HTF. Utafiti huu, kwa upande mwingine, unajaribu kutenganisha athari ya ugawaji wa kijiometri na athari ya kiasi cha PCM kwa kubadilisha idadi ya seli za pembesita zilizogawanywa kutoka 4 hadi 25 katika kiwango cha tanki, chini ya takribani hifadhi ileile ya PCM.
Zaidi ya hayo, idadi ya seli haikuchunguzwa peke yake; joto la kuingiza HTF, kasi ya kuingiza na aina ya kiowevu pia zililinganishwa ndani ya miundombinu ileile ya modeli. Kwa njia hii, lengo lilikuwa kuona umuhimu wa kulinganisha wa vigezo vya kijiometri na uendeshaji.
Jiometri ya sega la asali
Vipimo vya ndani vya tanki la modeli ni 500 mm × 450 mm × 400 mm na ujazo wa ndani ni 0,0900 m³. Modeli ya nambari inawakilisha sehemu ya msalaba kwa pande mbili. Seli zilichukuliwa kuwa na urefu wa 400 mm katika mwelekeo wa mhimili na sehemu ya msalaba isiyobadilika.
| Idadi ya seli | Urefu wa upande wa pembesita | Jumla ya ujazo wa PCM | Takribani uzito wa PCM | Sehemu ya ujazo wa PCM ndani ya tanki |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Jumla ya eneo la sehemu ya msalaba la pembesita:
\[ A_{\mathrm{PCM}} = N\left(\frac{3\sqrt{3}}{2}\right)a^2 \approx 0.06651\ \mathrm{m^2} \]
lilidumishwa kuwa thabiti. Hapa \(N\) ni idadi ya seli na \(a\) ni urefu wa upande wa pembesita.
Eneo la sehemu ya msalaba la tanki:
\[ A_{\mathrm{tank}}=0.500\times0.450=0.225\ \mathrm{m^2} \]
kwa hiyo sehemu ya ujazo wa PCM ni:
\[ \phi_{\mathrm{PCM}}= \frac{A_{\mathrm{PCM}}}{A_{\mathrm{tank}}} = \frac{0.06651}{0.225} \approx29.56\% \]
Thamani ya %29,56 katika utafiti si uwiano tofauti wa kujaza ulio bora; ni matokeo ya jiometri iliyochaguliwa ili kudumisha takribani hifadhi thabiti ya PCM.
Kwa Nini Kuongeza Idadi ya Seli za Sega la Asali Kuliharakisha Uchaji wa PCM?
Katika utafiti, kuongezeka kwa idadi ya seli kuligawanya PCM katika maeneo madogo zaidi, kukaongeza eneo faafu la uhamishaji joto na kufupisha umbali bainifu wa uhamishaji joto; waandishi pia wanaeleza kuwa njia ndogo zaidi za HTF kati ya seli hupunguza maeneo ya mtiririko uliotuama na hivyo kupunguza upinzani wa ndani wa konveksheni. Taratibu hizi zinaeleza kwa nini katika muundo wa seli 25, joto liliongezeka kwa kasi na kwa usawa zaidi huku eneo la kuyeyuka likisonga haraka zaidi.
Nyenzo ya mabadiliko ya awamu: RT54HC
RT54HC ilitumika kama nyenzo ya kuhifadhi. Joto la kuganda/kuyeyuka kwa nyenzo hii ni takribani katika kiwango cha 326–327 K na joto fiche la kuyeyuka ni 200.000 J/kg.
| Sifa | RT54HC | Maji | Ethylene glycol | Propylene glycol |
|---|---|---|---|---|
| Joto la mabadiliko ya awamu | 326 K mango / 327 K kioevu | - | - | - |
| Msongamano | 990 / 850 kg/m³ | 998,2 kg/m³ | 1111,4 kg/m³ | 1045,52 kg/m³ |
| Upitishaji joto | 0,2 W/(m·K) | 0,6 W/(m·K) | 0,252 W/(m·K) | 0,359 W/(m·K) |
| Joto mahsusi | 2000 J/(kg·K) | 4182 J/(kg·K) | 2415 J/(kg·K) | 3513 J/(kg·K) |
| Joto fiche la kuyeyuka | 200.000 J/kg | - | - | - |
| Mnato dinamiki | 0,0073 kg/(m·s) | 0,001003 kg/(m·s) | 0,0157 kg/(m·s) | 0,00834 kg/(m·s) |
| Kigawo cha upanuzi wa joto | 3,08 × 10−4 K−1 | - | - | - |
Hali 13 za ulinganisho wa nambari
| Hali | Idadi ya seli | Kasi ya kuingiza | Joto la kuingiza | HTF |
|---|---|---|---|---|
| 1 | 4 | 0,1 m/s | 338 K | Maji |
| 2 | 9 | 0,1 m/s | 338 K | Maji |
| 3 | 16 | 0,1 m/s | 338 K | Maji |
| 4 | 25 | 0,1 m/s | 338 K | Maji |
| 5 | 25 | 0,1 m/s | 343 K | Maji |
| 6 | 25 | 0,1 m/s | 348 K | Maji |
| 7 | 25 | 0,003 m/s | 338 K | Maji |
| 8 | 25 | 0,005 m/s | 338 K | Maji |
| 9 | 25 | 0,01 m/s | 338 K | Maji |
| 10 | 25 | 0,15 m/s | 338 K | Maji |
| 11 | 25 | 0,1 m/s | 348 K | Maji |
| 12 | 25 | 0,1 m/s | 348 K | Ethylene glycol |
| 13 | 25 | 0,1 m/s | 348 K | Propylene glycol |
Hali ya 6 na Hali ya 11 zina hali ileile ya kazi ya nambari. Hali hii ya pamoja ya maji inatumika tena kama rejeleo la joto la juu katika ulinganisho wa joto la kuingiza na kama rejeleo la maji katika ulinganisho wa aina ya kiowevu.
Dhana kuu za modeli ya nambari
- PCM kioevu na HTF ni viowevu vya Newton visivyobanikika.
- Konveksheni asilia ndani ya PCM kioevu ilimodelishwa kwa mbinu ya Boussinesq.
- Mabadiliko ya ujazo wakati wa mabadiliko ya awamu kutoka mango hadi kioevu yalipuuzwa katika modeli kuu.
- Ukuta wa kapsuli ya PCM ulizingatiwa kama kiolesura cha joto chenye unene sifuri.
- Upinzani wa joto na uwezo wa joto wa ukuta wa kapsuli haukumodelishwa.
- Upotevu wa joto kutoka kuta za nje za tanki kwenda mazingira ulipuuzwa.
- Katika kiolesura cha PCM–HTF, joto na mtiririko wa kawaida wa joto ni endelevu; hakuna uhamishaji wa massa kupitia kiolesura.
Milinganyo ya uhifadhi kwa HTF
Mlinganyo wa mwendelezo wa kiowevu cha uhamishaji joto:
\[ \nabla\cdot\vec{u}=0 \]
Mlinganyo wa momentum:
\[ \rho_{\mathrm{HTF}} \frac{\partial\vec{u}}{\partial t} + \rho_{\mathrm{HTF}}\vec{u}\cdot(\nabla\cdot\vec{u}) = -\nabla p+ \mu_{\mathrm{HTF}}\nabla^2\vec{u} \]
Mlinganyo wa nishati:
\[ \rho_{\mathrm{HTF}}c_{\mathrm{HTF}} \frac{\partial T}{\partial t} + \rho_{\mathrm{HTF}}c_{\mathrm{HTF}} \vec{u}\cdot\nabla T = \nabla\cdot \left( \lambda_{\mathrm{HTF}}\nabla T \right) \]
Hapa \(\vec{u}\) ni vekta ya kasi, \(t\) ni muda, \(\rho_{\mathrm{HTF}}\) ni msongamano, \(c_{\mathrm{HTF}}\) ni joto mahsusi, \(\lambda_{\mathrm{HTF}}\) ni upitishaji joto, \(p\) ni shinikizo na \(T\) ni joto.
Modeli ya enthalpy-porosity kwa PCM
Mlinganyo wa mwendelezo wa PCM pia ni:
\[ \nabla\cdot\vec{u}=0 \]
kwa namna hiyo.
Mlinganyo wa momentum wa PCM umefafanuliwa katika chanzo kama ifuatavyo:
\[ \rho_{\mathrm{PCM}} \frac{\partial\vec{u}}{\partial t} + \rho_{\mathrm{PCM}}\vec{u}\cdot(\nabla\cdot\vec{u}) = -\nabla p + \mu_{\mathrm{PCM}}\nabla^2\vec{u} + \rho_{\mathrm{PCM}}\alpha_v(T-T_m)\vec{g} - A_{\mathrm{mush}} \frac{(1-\beta)^2}{\beta^3+\varepsilon}\vec{u} \]
Neno la mwisho ni neno la upinzani wa eneo la mushy zone la mango-kioevu katika mbinu ya enthalpy-porosity. Kadiri eneo linavyokaribia hali mango, sehemu ya kioevu \(\beta\) hupungua na upinzani unaozuia mtiririko huongezeka. Katika chanzo, \(A_{\mathrm{mush}}=10^5\ \mathrm{kg/(m^3\,s)}\) na \(\varepsilon=0,001\) zimetumika.
Mlinganyo wa nishati wa PCM:
\[ \rho_{\mathrm{PCM}} \frac{\partial H}{\partial t} + \rho_{\mathrm{PCM}}\nabla\cdot(\vec{u}H) = \nabla\left(\lambda_{\mathrm{PCM}}\nabla T\right) \]
Hapa \(H\) ni enthalpy mahsusi ya PCM.
Sehemu ya kioevu
Sehemu ya kioevu katika eneo la mabadiliko ya awamu:
\[ \beta= \begin{cases} 0, & T\leq T_s\\ \dfrac{T-T_s}{T_l-T_s}, & T_s<T<T_l\\ 1, & T\geq T_l \end{cases} \]
ilihesabiwa kwa namna hiyo. \(T_s\) ni joto la solidus na \(T_l\) ni joto la liquidus. Hivyo \(\beta=0\) ina maana PCM ni mango kabisa, na \(\beta=1\) ina maana PCM ni kioevu kabisa.
Enthalpy mahsusi ya PCM
Katika chanzo, enthalpy mahsusi imetolewa kama:
\[ H= h_{\mathrm{ref}} + c_p(T-T_{\mathrm{ref}}) + \beta L \]
Maneno mawili ya kwanza yanawakilisha sehemu ya joto hisivu, huku \(\beta L\) ikiwakilisha mchango wa joto fiche katika mabadiliko ya awamu. \(L\) ni joto fiche la kuyeyuka la PCM.
Masharti ya mipaka
Kuta za nje za mstatili zilichukuliwa kuwa adiabatic:
\[ \frac{\partial T}{\partial x} = \frac{\partial T}{\partial y} = 0 \]
Hata hivyo, violesura vya PCM–HTF si adiabatic. Mwendelezo wa joto la eneo:
\[ T_{\mathrm{HTF}}\big|_{\Gamma} = T_{\mathrm{PCM}}\big|_{\Gamma} \]
na uhifadhi wa mtiririko wa kawaida wa joto:
\[ -k_{\mathrm{HTF}} \frac{\partial T_{\mathrm{HTF}}}{\partial n} \bigg|_{\Gamma} = -k_{\mathrm{PCM}} \frac{\partial T_{\mathrm{PCM}}}{\partial n} \bigg|_{\Gamma} \]
vilitumika kwa masharti haya. Usawa wa joto hizi za eneo la kiolesura haumaanishi kuwa joto la wastani kwa massa la HTF na joto la wastani la ndani la PCM ni sawa kila wakati.
Kitatua CFD na mipangilio ya nambari
Katika suluhisho la CFD la pande mbili, modeli ya kawaida ya mtikisiko \(k-\varepsilon\) ilitumika. Uhusiano wa shinikizo-kasi ulitatuliwa kwa algoriti ya SIMPLE, na utenganishaji wa upwind wa daraja la pili ukatumika katika milinganyo ya massa, momentum na nishati.
Vigezo vya relaxation kwa momentum, marekebisho ya shinikizo, nishati na sehemu ya kuyeyuka vilikuwa 0,7; 0,3; 1 na 0,6 mtawalia.
Eneo la HTF lilitengenezewa mesh kwa vipengele vya quadrilateral vilivyopangwa, huku maeneo ya PCM yakitengenezewa mesh kwa vipengele vya triangular visivyopangwa ili kuendana na mipaka ya pembesita. Uboreshaji wa mesh wa eneo ulitumika kwenye violesura vya PCM–HTF ili kutatua gradient kubwa za joto.
Uhuru wa mesh na hatua ya muda
Uhuru wa mesh ulichunguzwa kwa mesh zenye seli 19.214, 35.223 na 76.913; uhuru wa hatua ya muda ulichunguzwa kwa thamani za 0,5, 1 na 2 s. Katika hesabu za mwisho, kwa kuzingatia usahihi na gharama ya hesabu, seli 76.913 za mesh na hatua ya muda ya 1 s zilitumika.
Thamani ya minimum orthogonal quality ya mesh ya mwisho iliripotiwa kuwa 0,467, na maximum aspect ratio kuwa 4,35.
Uthibitishaji wa modeli
Modeli ya CFD ililinganishwa na data za joto za jaribio la kuyeyuka kwa PCM katika umbo la annular kutoka kwenye fasihi. Wakati nafasi tatu tofauti za ufuatiliaji wa radial zilipotathminiwa kwa pamoja:
| RMSE | 1,240 K |
|---|---|
| R² | 0,9725 |
| MAPE | %1,876 |
Uthibitishaji huu si jaribio la nyenzo maalum la RT54HC. Chanzo hutumia ulinganisho huu kupima kama taratibu kuu za kifizikia, zikiwemo upitishaji joto, konveksheni asilia, ufyonzwaji wa joto fiche na mwendo wa kiolesura cha mango-kioevu, zimewakilishwa kwa njia inayokubalika.
Kwa Nini Athari ya Kasi ya Kuingiza Si ya Mstari?
Katika jiometri ya sega la asali iliyochunguzwa, kuongeza kasi ya kuingiza kutoka 0,003 m/s hadi 0,01 m/s kuliboresha uhamishaji joto wa konveksheni na uchaji wa jumla, lakini kuongeza kasi hadi kiwango cha 0,1–0,15 m/s hakukuleta faida ya ziada na kulisababisha kuzorota kidogo katika baadhi ya vipimo. Chanzo hakithibitishi kwa majaribio utaratibu halisi wa jambo hili; kama maelezo yanayowezekana, kinaelekeza kwenye usambazaji unaozidi kutokuwa sawia wa HTF kwa seli zote za PCM katika viwango vya juu vya mtiririko wa ujazo.
Hitimisho zinazoungwa na zisizoungwa mkono na utafiti
| Utafiti unaunga mkono | Utafiti peke yake hauungi mkono |
|---|---|
| Kwa takribani kiasi kilekile cha PCM, kuongeza idadi ya seli kuliharakisha uchaji na kuyeyuka katika modeli iliyochunguzwa. | Kwamba seli ya pembesita ndiyo jiometri ya haraka zaidi au bora zaidi kwa ujumla kati ya jiometri zote zinazowezekana za PCM. |
| Muundo wa seli 25 ulihifadhi joto linaloweza kutumika zaidi katika 9000 s kuliko muundo wa seli 4. | Kwamba muundo wa seli 25 unaongeza mara mbili uwezo wa nadharia wa juu wa nishati wa PCM. |
| Kuongeza joto la kuingiza kuliharakisha kuyeyuka na uchaji katika kiwango kilichochunguzwa. | Kwamba kuongeza joto bila kikomo daima ni bora au salama zaidi. |
| 0,01 m/s ilitoa utendaji bora wa jumla wa uchaji kati ya kasi zilizochunguzwa. | Kwamba 0,01 m/s ni kiwango bora cha universal kwa jiometri tofauti za tanki au mifumo ya pampu. |
| Maji yalitoa utendaji wa juu zaidi wa uchaji kati ya HTF tatu zilizochunguzwa. | Kwamba maji ni kiowevu bora katika kila matumizi wakati ulinzi dhidi ya kuganda, nishati ya kusukuma, gharama au uendeshaji wa eneo halisi unazingatiwa. |
| Modeli ya pande mbili ilionyesha ulinganifu mzuri na data za joto za majaribio katika fasihi. | Kwamba utendaji wa tanki la pande tatu lenye ukubwa kamili, manifold ya kuingiza/kutoa na athari za kuta za mwisho zimethibitishwa moja kwa moja. |
Mbinu na Matokeo ya Utafiti
Athari ya idadi ya seli kwa joto la wastani
Katika muundo wa seli 4, ilichukua 31.117 s kwa joto la wastani la PCM kufikia 330 K. Katika miundo ya seli 9, 16 na 25, muda huu ulikuwa 16.005, 10.803 na 6541 s mtawalia.
| Idadi ya seli | Muda | Kupungua dhidi ya seli 4 |
|---|---|---|
| 4 | 31.117 s | Rejeleo |
| 9 | 16.005 s | %48,6 |
| 16 | 10.803 s | %65,3 |
| 25 | 6541 s | %79,0 |
Athari ya idadi ya seli kwa muda wa kuyeyuka
Muda unaohitajika kwa sehemu ya wastani ya kioevu kufikia 0,8:
| Idadi ya seli | Muda | Kupungua dhidi ya seli 4 |
|---|---|---|
| 4 | 71.423 s | Rejeleo |
| 9 | 29.788 s | %58,3 |
| 16 | 18.668 s | %73,9 |
| 25 | 11.806 s | %83,5 |
Ulinganisho wa idadi ya seli katika 9000 s
| Seli | Kiwango cha wastani cha kuhifadhi joto | Joto mahsusi lililohifadhiwa | Joto hisivu | Joto fiche | Jumla ya joto lililohifadhiwa |
|---|---|---|---|---|---|
| 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 |
Wakati wa kutoka seli 4 hadi seli 25, mwishoni mwa 9000 s joto hisivu liliongezeka kwa %32,5, joto fiche kwa %178,0 na jumla ya joto lililohifadhiwa kwa %106,0.
Ongezeko la %106,0 hapa halimaanishi kuwa uwezo wa nadharia wa juu wa kuhifadhi PCM umeongezeka mara mbili. Jumla ya kiasi cha PCM ni takribani sawa; muundo wa seli 25 uliweza tu kutumia sehemu kubwa zaidi ya uwezo uliopo ndani ya muda uleule wa uchaji wa 9000 s.
Athari ya joto la kuingiza kwa kuyeyuka
| Joto la kuingiza | Muda wa kuyeyuka kabisa | Muda wa \(\beta=0,8\) | Sehemu ya kioevu katika 9000 s | Jumla ya joto lililohifadhiwa katika 9000 s |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Ikilinganishwa na rejeleo la 338 K, katika hali za 343 K na 348 K muda wa kuyeyuka kabisa ulipungua kwa %27,4 na %42,5 mtawalia. Ongezeko hili la joto pia liliongeza jumla ya joto lililohifadhiwa katika 9000 s kwa %14,6 na %26,9.
Kwa nini joto la kuingiza ni kigezo chenye nguvu?
Kadiri tofauti ya joto kati ya HTF na PCM inavyoongezeka, nguvu endeshi ya joto huongezeka. Kontua za joto za utafiti zinaonyesha kuwa katika joto la juu la kuingiza, viini mango vya joto la chini ndani ya PCM hupungua kwa kasi zaidi, na katika hali ya 348 K kuyeyuka kabisa hutokea kabla ya kufikia 14.400 s.
Ulinganisho wa kasi ya kuingiza
| Kasi ya kuingiza | Sehemu ya wastani ya kioevu | Kiwango cha wastani cha kuhifadhi joto | Joto mahsusi lililohifadhiwa | Jumla ya joto lililohifadhiwa |
|---|---|---|---|---|
| 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 |
Ikilinganishwa na rejeleo la 0,003 m/s, kasi za 0,005 na 0,01 m/s zilipunguza muda wa kufikia sehemu ya kioevu ya 0,8 kwa %15,3 na %22,8 mtawalia. Kwa upande mwingine, kuongeza kutoka 0,01 m/s hadi 0,1 m/s kuliongeza muda huo kwa %4,0.
Athari ya aina ya kiowevu
| HTF | Muda wa kuyeyuka kabisa | Muda wa \(\beta=0,8\) | Sehemu ya kioevu katika 9000 s | Kiwango cha wastani cha kuhifadhi joto | Joto mahsusi lililohifadhiwa | Jumla ya joto lililohifadhiwa |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Maji | 13.371 s | 6731 s | 0,904 | 0,768 kW | 262,45 kJ/kg | 6911,76 kJ |
| Propylene glycol | 13.560 s | 6905 s | 0,896 | 0,761 kW | 260,20 kJ/kg | 6852,39 kJ |
| Ethylene glycol | 13.840 s | 7100 s | 0,887 | 0,754 kW | 257,80 kJ/kg | 6789,264 kJ |
Mpangilio wa utendaji ni maji > propylene glycol > ethylene glycol. Hata hivyo, matokeo ya uchaji ya viowevu hivi vitatu yako karibu. Kwa hiyo, chanzo kinaeleza kuwa katika mazingira yanayohitaji ulinzi dhidi ya kuganda, matumizi ya HTF ya msingi wa glycol yanaweza kuwezekana kwa kupoteza kiwango kidogo tu cha utendaji wa uchaji.
Ni Athari Gani za Mfumo Halisi Ambazo Modeli ya Pande Mbili Haionyeshi?
Modeli ya pande mbili imeundwa kulinganisha usambazaji wa HTF, uhamishaji joto na kuyeyuka kwa PCM katika sehemu ya msalaba ya kitengo cha sega la asali; haiwakilishi moja kwa moja upitishaji joto wa mhimili, maendeleo ya mtiririko wa pande tatu kwenye sehemu za kuingiza na kutoa, kutosawiana kwa manifold, athari za kuta za mwisho au miundo ya eneo ya mtiririko wa pande tatu. Kwa hiyo, matokeo yanaweza kutumika kwa mienendo ya kulinganisha ya usanifu, lakini hayapaswi kutafsiriwa kama utabiri wa moja kwa moja wa tabia zote za eneo za pande tatu za tanki la ukubwa kamili.
Dhana ya ukuta wa kapsuli wenye unene sifuri
Hakuna nyenzo ya kapsuli yenye unene halisi iliyomodelishwa kati ya PCM na HTF. Kwa hiyo, upinzani wa joto wa ukuta, uwezo wa joto wa ukuta na upinzani wa mgusano haviingii moja kwa moja kwenye hesabu.
Ukuta halisi unaopitisha joto unaweza kuimarisha uhamishaji joto; wakati huo huo unaweza kupunguza ujazo unaoweza kutengwa kwa PCM ndani ya tanki. Kwa hiyo, chanzo kinaeleza wazi kuwa ubora wa kimuundo au wa joto wa nyenzo tofauti za kapsuli hauwezi kutolewa kutokana na matokeo yaliyopo.
Utegemezi wa sifa za PCM kwa joto
Katika modeli, thamani za wastani zisizobadilika zilitumika kwa upitishaji joto na joto mahsusi la RT54HC. Sababu ni kutokuwepo kwa data za kutosha zilizo kamili kuhusu utegemezi kwa joto. Ingawa mbinu hii ilitumika kwa ulinganisho wa vigezo uliodhibitiwa, inaweza kuongeza kutokuwa na uhakika katika maelezo ya eneo ya kuyeyuka.
Mabadiliko ya ujazo
Modeli kuu haitatui upanuzi wa muda wa ujazo unaotokana na tofauti ya msongamano kati ya hali mango na kioevu. Chanzo kinaeleza kuwa hali ya ziada ya nafasi tupu iliyowekwa ilizingatia mahitaji ya kijiometri ya nafasi tupu, lakini haikusimulia upanuzi wa PCM kuingia katika nafasi hiyo kadiri muda unavyopita.
Waandishi wanapendekeza kuunganisha baadaye modeli ya uso huru au ya awamu nyingi, mbano wa gesi na hesabu za ulemavu wa kimuundo.
Kazi ya baadaye
Chanzo kinapendekeza kwamba katika siku zijazo uthibitishaji wa pande tatu, unene halisi wa ukuta na sifa za nyenzo, sifa za PCM zinazotegemea joto, upitishaji joto wa PCM, joto fiche, joto la kuyeyuka, urefu wa upande wa sega la asali na uwiano wa kujaza PCM vichunguzwe kwa uchanganuzi wa unyeti wa vigezo vingi na uboreshaji wa malengo mengi.
Dokezo la chanzo kuhusu Kielelezo 2
Maandishi ya chanzo yanafafanua jiometri kuu nne kuwa na seli 4, 9, 16 na 25 na kutoa urefu wa upande wa pembesita wa 40,00 mm kwa seli 16. Hata hivyo, kichwa cha Kielelezo 2 katika chanzo kinataja maoni matatu kama 4-cell, 9-cell na 25-cell. Kwa hiyo, Verianla haipaswi kubadilisha kimya kimya lebo ya kielelezo cha chanzo kuwa “seli 16” inapokichora upya; usanidi wa seli 16 unaweza kuchorwa upya kando na kwa uwazi kwa kutumia tu taarifa za kijiometri zilizothibitishwa katika maandishi ya chanzo.
Maelezo ya Chanzo na Mbinu
| Kichwa asili | Thermal Storage Characteristics of Honeycomb Phase Change Unit with Different Fluid Parameters |
|---|---|
| Waandishi | Mingji Wang; Yangyang Wu; Xinhua Guo; Yinxia Zhuang |
| Mwandishi wa mawasiliano | Yangyang Wu |
| Taasisi | School of Electronic and Communication Engineering, Quanzhou University of Information Engineering, Quanzhou 362000, China |
| DOI | 10.3390/en19174223 |
| Jarida | Energies |
| Mchapishaji | MDPI, Basel, Switzerland |
| Juzuu / toleo / makala | 19 / 17 / 4223 |
| Aina ya chanzo | Article; utafiti wa nambari wa pande mbili wa CFD na uhifadhi wa joto wa mabadiliko ya awamu unaotegemea enthalpy-porosity |
| Tarehe ya kupokelewa | 23 Juni 2026 |
| Marekebisho | 6 Agosti 2026 |
| Kukubaliwa | 10 Agosti 2026 |
| Kuchapishwa | 7 Septemba 2026 |
| Mapitio ya kitaalamu | Makala ya jarida iliyopitiwa na wataalamu |
| Leseni | Creative Commons Attribution (CC BY) |
| Ufadhili | Fujian Provincial Natural Science Foundation of China, No. 2023J05305 |
| Upatikanaji wa data | Imeelezwa kuwa michango asili imo ndani ya makala; maombi ya taarifa zaidi yanaweza kuelekezwa kwa mwandishi wa mawasiliano. |
| Mgongano wa maslahi | Waandishi hawakuripoti mgongano wa maslahi. |
Michango ya waandishi: Mingji Wang — uundaji wa dhana, metodolojia na mapitio/uhariri; Yangyang Wu — uoneshaji, utafiti na rasimu ya kwanza; Xinhua Guo — uratibu wa data; Yinxia Zhuang — usimamizi na usimamizi wa mradi.
Kikomo cha uundaji modeli: Matokeo makuu ya utafiti yanatokana na masimulizi ya nambari ya pande mbili. Modeli iliyopo haitatui moja kwa moja manifold za kuingiza/kutoa za tanki halisi, mabadiliko ya joto katika mwelekeo wa mhimili, kuta za mwisho au athari nyingine za pande tatu.
Kikomo cha uthibitishaji: Modeli ya nambari ililinganishwa na data za joto za jaribio la kuyeyuka kwa PCM lililochapishwa awali na vipimo vya hitilafu vya chini vilipatikana; hata hivyo, ulinganisho huu si jaribio huru la kimwili lililofanywa moja kwa moja kwenye prototipu ya tanki la sega la asali la RT54HC.
Tafsiri ya uwezo: Ongezeko la jumla ya joto lililohifadhiwa katika 9000 s kwa muundo wa seli 25 halimaanishi ongezeko la uwezo wa nadharia wa juu wa PCM, bali matumizi ya sehemu kubwa zaidi ya uwezo ndani ya muda uleule wa uchaji.
Tafsiri ya kasi: 0,01 m/s ilitoa utendaji bora tu ndani ya jiometri, HTF na masharti ya mipaka yaliyotafitiwa katika utafiti huu. Haipaswi kutafsiriwa kama kasi bora ya universal ya HTF.
Uchoraji upya wa taswira: Kutokana na data za chanzo, mgawanyo wa seli 4/9/16/25, ulinganisho wa kuhifadhi joto katika 9000 s, athari ya joto la kuingiza na kasi kwa muda wa kuyeyuka, na matokeo ya HTF tatu vinaweza kuchorwa upya kama grafu na michoro asili kwa Verianla. Tatizo la lebo ya muundo wa seli 16 katika Kielelezo 2 cha chanzo linapaswa kuzingatiwa kwa uwazi wakati wa kuchora upya.
Acha maoni
Anwani yako ya barua pepe haitachapishwa. Sehemu za lazima zimewekewa alama ya *