ارائه حل تحلیلی- تقریبی و عددی فرایند انجماد در مخازن ذخیره انرژی گرمایی پره دار حاوی مواد تغییر فاز دهنده

ندارددر سال های اخیر، استفاده از سیستم های ذخیره انرژی گرمایی در کاربردهایی نظیر گرمایش و سرمایش آب، تهویه مطبوع و غیره بسیار مورد توجه بوده است. در چند دهه اخیر تکنیک های گوناگونی برای ذخیره سازی انرژی گرمایی بوجود آمده است. چنین سیستم هایی پتانسیل بسیار بالایی برای استفاده در تجهیزات مصرف کننده انرژی گرمایی دارند و از نقطه نظر اقتصادی، جایگزین های مناسبی برای کمک به واحدهای بزرگ مصرف کننده انرژی گرمایی می باشند. بطور کلی مخازن ذخیره انرژی گرمایی یک راه حل خوب در تصحیح عدم تطابق تولید و تقاضای انرژی است و می تواند نقش بسیار موثری در بهینه کردن مصرف انرژی و کارآمدی نیازهای زیست محیطی جامعه داشته باشد. یکی از پرکاربردترین روش های ذخیره انرژی گرمایی استفاده از مواد تغییر فاز دهنده در مخازن ذخیره انرژی گرمایی نهان است. از جمله مزیت های این مواد گرمای نهان بالای آنها است که در نتیجه قابلیت ذخیره انرژی گرمایی زیادی را خواهند داشت. اما عیب اصلی آنها، یعنی پایین بودن ضریب هدایت گرمایی باعث می شود انتقال گرما در مواد تغییر فاز دهنده به ویژه در فرایند انجماد به کندی صورت گیرد. بنابراین روشهای گوناگونی از جمله استفاده از سطوح گسترش یافته یا پره ها برای بهبود آهنگ انتقال گرمای این مواد پیشنهاد شده است. به دلیل ناپایا و غیر خطی بودن مسأله انتقال گرما در مواد تغییر فاز دهنده و وجود مرز متحرک مایع- جامد، حل تحلیلی این نوع مسائل محدود به شرایط مرزی ساده برای مخازنی با شکل هندسی ساده و یک بعدی می باشد. بنابراین خلاء موجود در ادبیات فن برای مدل های تحلیلی- تقریبی در فرایند تغییر فاز و برای هندسه های مختلف و دو بعدی مخزن ذخیره انرژی گرمایی کاملاً احساس می شود. لذا هدف اصلی در کار حاضر ارائه یک مدل تحلیلی- تقریبی جهت بررسی فرایند انجماد در مخازن ذخیره انرژی گرمایی پره دار است. پر کاربردترین شکل هندسی این مخازن، مخازن مکعبی و مخازن استوانه ای است که در این کار، مدل های تحلیلی- تقریبی برای این نوع مخازن در هندسه دو بعدی با بکارگیری پره تخت و با شرایط مرزی مختلف ارائه شده است. همچنین یک مدل عددی بر اساس روش آنتالپی دو بعدی جهت مقایسه نتایج تحلیلی- تقریبی با نتایج عددی ارائه شده است. با استفاده از دو روش ذکر شده، مسأله انجماد در مخازن ذخیره انرژی با دو هندسه مستطیلی و استوانه ای توخالی تحلیل شده است. برای هر سه نوع شرایط مرزی گرمایی نتایج جهت پیش بینی موقعیت جبهه انجماد و توزیع دما در طول پره در زمان های مختلف و برای اندازه های مختلف مخازن بدست آمده که نشان دهنده تطابق بسیار خوبی بین روش تحلیلی و عددی می باشد. سپس زمان انجماد کامل مخزن برای شرایط مرزی گرمایی، هندسه و اندازه های مختلف بدست آمده است که در هر شرایط اندازه بهینه برای مخزن را می توان بدست آورد. با استفاده از تحلیل های صورت گرفته می توان تخمین اولیه خوبی برای طراحی مخازن ذخیره انرژی گرمایی در شرایط مختلف و یا سیستم های تهویه مطبوع بدست آورد.