بررسی سیستم های ذخیره انرژی گرمایی با کمک مواد تغییر فاز و ارائه یک روش بهینه سازی

افزایش فاصله بین تولید و مصرف انرژی یک تهدید جدی برای مهندسان، جهت تامین انرژی مورد نیاز جامعه بشری، ایجاد کرده است. به طوری که تعداد بسیار زیادی از گروههای مدیریت انرژی به منظور اهمیت دادن و تاکید کردن در ذخیره انرژی، تشکیل شده اند. امروزه یکی از تکنیک های موثر، ذخیره انرژی گرمایی با به کار بردن مواد تغییر فاز می باشد. ذخیره انرژی حرارتی توسط مواد تغییرفاز دهنده به دلیل استفاده از گرمای نهان تغییر فاز، سبب افزایش میزان ذخیره سازی انرژی حرارتی با تغییرات دمایی کمتری می شوند، که این مزیت سبب افزایش بهره وری سیستم ذخیره ساز انرژی می شود. مواد تغییر فاز حالت خاصی از جامد-مایع نامیده می شوند و محلول هایی می باشند، که برای کنترل حرارت به کار رفته و به دو دسته کلی با ترکیبات آلی و با ترکیبات غیر آلی تقسیم می شوند. در این پژوهش ضمن دسته بندی مواد تغییر فاز، به بیان ویژگی ها و خصوصیات هر یک پرداخته و نحوه ی انتخاب ماده تغییر فاز با توجه به کاربرد و محدوده ی دمایی مورد نظر، بررسی می گردد. همچنین کاربرد-های سیستم های ذخیره انرژی گرمایی در بخش های گوناگون بویژه در ساختمان، آورده شده است. در ادامه ضمن بیان مدل های عددی و ریاضی گوناگون برای حل مساله تغییر فاز به بررسی مقالات و کارهای گذشته مرتبط با اینگونه سیستم ها پرداخته، که در انها اشاره به پایین بودن ضریب هدایت گرمایی اینگونه مواد می شود، که این موضوع تلاش محققان در پی یافتن راه حل هایی جهت غلبه بر این نقیصه و بهبود انتقال حرارت، در پی داشته است. پس از مروری بر روش های گوناگون به کار گرفته شده در گذشته جهت بهبود انتقال حرارت، به ارائه یک روش بهینه سازی هندسی در بهبود انتقال حرارت با اصلاح در مشخصات هندسی پوسته (با اعمال زاویه به پوسته)، در مبدل های لوله و پوسته عمودی پرداخته و با استفاده از تحلیل های عددی با کمک نرم افزار فلوئنت، نقش زاویه پوسته در بهبود مدل پایه (با زاویه پوسته صفر) در مقایسه با حالت بهینه سازی شده، بیان می شود. همچنین با بیان اعداد بی بعد قابل تامل در این سیستم ها، نقش هر یک در عملکرد سیستم، ارائه می گردد. در پایان با توجه به طولانی بودن مدت محاسبات توسط کامپیوتر برای حل مسائل تغییر فاز، یک نرم افزار مقدماتی جهت محاسبه سریع و تقریبی عملکرد اینگونه مبدل ها، آورده می شود.