Poboljšanje prenošenja toplote u akumulatoru toplote sa fazno promenljivim materijalom kao ispunom

Abstract

Otežano prenošenje toplote u akumulatorima toplote sa fazno promenljivim materijalom kao ispunom, koje se javlja kao posledica male toplotne provodljivosti fazno promenljivih materijala koji se koriste na temperaturskom opsegu do 200 C° , predstavlja glavnu prepreku u primeni akumulatora toplote u kojima se akumulacija toplote ostvaruje na račun promene faze radnog medijuma. Pored tipova akumulatora toplote i pregleda potencijalnih, odnosno korišćenih fazno promenljivih materijala, razmatrane su metode za poboljšanje prenošenja toplote, tj. za prevazilaženje problema male toplotne provodljivosti materijala. Kao najpouzdaniji metod za pospešivanje prenošenja toplote se pokazalo povećanje površi za razmenu toplote, tj. površi koja je u kontaktu sa fazno promenljivim materijalom. Kao fazno promenljivi materijal korišćen je parafin komercijalnog naziva E53. Poboljšanje prenošenja toplote je praćeno preko smanjenja vremena topljenja parafina, tj. povećanja brzine promene faze, odnosno vremenskog perioda u kome se dostiže temperatura promene faze parafina. Za razliku od dosadašnjih istraživanja, u kojima je povećanje ostvarenog poboljšanja prenošenja toplote posmatrano u funkciji od broja rebara ili neke karakteristične dimenzije rebra (visina, prečnik, dužina i sl.), u ovom radu je poboljšanje dovedeno u korelaciju sa faktorom orebrenja. U okviru disertacije je osmišljen fizički model akumulatora toplote ispunjenog fazno promenljivim materijalom za tri vrednosti faktora orebrenja, tj. za tri varijante akumulatora toplote. Uvedeni fizički model akumulatora toplote opisan je odgovarajućim matematičkim modelom u koji su implementirane pretpostavke neophodne za rešavanje definisanog sistema jednačina...

Impaired heat transfer in thermal energy storage (TES) with phase change material (PCM) as a filling, which occurs as a result of low thermal conductivity of the phase-change materials used for storing thermal energy up to 200 C° , represents a major obstacle in the implementation of the TES in which the heat accumulation is realized as a consequence of the working medium phase change. Beside review of present thermal energy storages types and potential one, respectively used PCMs, methods for enhancing heat transfer were considered, i.e. method for overcoming the problem of low thermal conductivity material. As the most reliable method for enhancing heat transfer, the increase of heat transfer surface was found, i.e. the surface that is in the contact with PCM. The commercial paraffin E53 was used as the PCM. The enhancement of heat transfer is accompanied by the decrease of the paraffin melting time, i.e. increase of the phase change rate, respectively the period in which the temperature of the phase change of the paraffin is reached. Unlike previous studies, where achieved heat transfer increase was analyzed as a function of the number of fins or some fin characteristic dimension (height, diameter, length, etc.), in this thesis the heat transfer improvement was into correlated with of the finned surface factor. Within this thesis the physical model of the thermal energy storage filled by PCM was conceived for three values of the finned surface factor, i.e. for the three variants of the TES. The introduced physical model of the TES was described by corresponding mathematical model in which the necessary assumptions for solving the defined system of equations were implemented...