مطالعه عددی فرایند انجماد یک pcm در اطراف استوانه قائم پره دار با شرایط مرزی مختلف

می توان گفت که اکثر مسایل مورد مطالعه و کاربردی در علوم و مهندسی جزء مسایل مقدار مرزی – اولیه هستند. دراین مسایل دامنه معادلات حاکم بر مسئله مورد نظر درفضا ثابت است وروی مرزها تابع، مشتقات آن و یا ترکیبی از آنها بصورت شرایط مرزی و اولیه داده می شود. برعکس، در برخی از مسایل که در عمل با آنها روبرو هستیم مرز مسئله متحرک است و موقعیت مرز و دامنه حل، جزیی از حل مسئله است. این گروه را مسایل مرز متحرک می گویند. ذوب و انجماد از جمله فرایند های مهم هستند که جزء این دسته مسایل هستند. دو حیطه مهم تحقیقاتی در زمینه فرایندهای تغییر فاز بررسی فرایند انجماد در سیستم های ذخیره انرژی بواسطه تغییر فاز و مطالعه فرایند انجماد در صنایع ریخته گری است. در این پژوهش، یک روش عددی برای شبیه سازی فرایند انجماد یک pcm در لوله استوانه ای پره دار با بکار گیری روش آنتالپی توسعه داده شده است که توانایی پیش بینی جبهه انجماد در هر لحظه را دارد. لوله استوانه ای پره دار بصورت دو شکل بندی مختلف پیشنهاد شده که تحت شرایط مرزی مختلف قرار دارد. ماده تغییر فاز دهنده در شبیه سازی حاضر پارافین با دمای تغییر فاز c°5/53 است. هدایت، مکانیسم غالب انتقال حرارت در نظر گرفته شده و از روش آنتالپی برای فرمول بندی مسئله استفاده شده است. رهیافت کنترل حجم و طرح ضمنی کامل برای گسسته سازی معادلات و شرایط مرزی و اولیه بکار گرفته شده است. معادلات جبری با استفاده از ماتریس سه قطری خطی حل شده اند. برای اعتبار دهی به روش حاضر ابتدا مقایسه ای بین داده های استخراجی با نتایج موجود در ادبیات فن در حالت خاص انجام شده، و نتایج عددی مورد نظر استخراج و تحلیل شده است. عملکرد سیستم های ذخیره انرژی گرمایی بواسطه ضریب هدایت پایین pcm محدود است. بنابراین استفاده از تکنیک هایی برای جبران این نقیصه لازم است. افزودن پره بخوبی نقش آنرا در بهتر کردن عملکرد این نوع از محفظه حاوی ماده تغییر فاز دهنده که می تواند در سیستم های ذخیره گرمای نهان بکار رود را نشان می دهد. هدف از این پژوهش، بررسی تاثیر شرایط مرزی و پارامتر های مختلف مثل: فاصله (تعداد) پره ها، طول پره ها، نسبت منظری دو استوانه روی زمان انجماد وتسریع آهنگ انتقال حرارت است. تاثیر پارامتر ها را در نمودار ها آورده و در مورد آنها بحث شده است. نتایج بدست آمده نشان می دهد که پره پیشنهاد شده در شرایط مرزی نوع اول و سوم بطور قابل ملاحظه ای زمان لازم برای کسر جرمی مشخص را کاهش می دهد. اما در شرط مرزی نوع دوم پره به یکنواخت کردن توزیع دما کمک می کند و تاثیر قابل ملاحظه ای روی زمان انجماد ندارد.