Tuz hidrat ve parafinlerin gözenekli ortamlarda ısı depolama davranışlarının incelenmesi

Abstract

Bazı enerji kaynaklarının doğada kesintili olarak bulunmasından dolayı birçok uygulama için kısa ve uzun periyotlu depolama gereklidir. Çeşitli termal enerji depolama teknikleri arasında gizli ısı depolama, yüksek depolama yoğunluğu ve küçük sıcaklık değişiminden dolayı en iyi yöntemdir. Termal enerjinin depolanmasında, yüksek termal enerji depolama yetenekleri ve izotermal davranışlarından dolayı genellikle faz değiştiren malzemeler (FDM) kullanılmaktadır. Bu çalışmada, açık gözenekli metal köpüklü ve metal köpüksüz bir ortamda ısıtma yüzeyi konumunun ısı depolama periyodu üzerindeki etkisi incelenmiştir. Bu amaca uygun olarak 274 cm3 hacmine sahip bir dikdörtgen küp pleksiglass malzemeden imal edilmiştir. Bu küpün bir yüzeyi sabit ısı akısı ile ısıtılırken diğer yüzeyler ortama karşı izole edilmiştir. Deneylerde test bölümü, ısıtma yüzeyi altta, yanda ve üste olacak şekilde konumlandırılmış ve üç farklı sabit ısı akısı uygulanmıştır. Her bir zaman adımında faklı ısı akıları ve ısıtma konumları için erime hızı belirlenmiş ve görüntülenmiştir. FDM olarak 58-60oC de faz değiştiren parafin (n-heptacosane ve 29-30oC de faz değiştiren kalsiyum klorür hekzahidrat (CaCl2?6H2O) kullanılmıştır. Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) yazılımı olan Fluent 14.0 kullanılarak sayısal çalışma gerçekleştirilmiş ve deneysel çalışma sonuçları ile kıyaslanmıştır. Araştırma sonucunda, ısıtma konumunun ve açık gözenekli metal köpük takviyesinin faz değişiminin ve ısı depolama kapasitesi üzerinde önemli bir etkiye sahip oldukları belirlenmiştir.

The short and long term storage are essential for many applications due to the presence of some energy sources intermittently in nature. Latent heat thermal energy storage is the most attractive method between various storage techniques due to the high storage density and small temperature change. Generally in thermal heat storage, thanks to their high thermal energy storage capability and isothermal behaviours, phase change materials are used. In this study, the effect of PCM on the melting fraction with respect to the position of the heating surface and reinforcement of the open porous metal foam was experimentally investigated. For this purpose a rectangular cube was made with pleksiglass that has a volume of 274 cm3. One of the surfaces of the cube heated with constant heat flux, other surfaces isolated against the atmosphere. In the experiments, lower, upper and side surfaces of the specimen are heated. Three different constant heat fluxes were applied on heating surface. Paraffin (n-heptacosane) with a phase change point at 58-60°C and Calcium chloride hexahydrate (CaCl2?6H2O) with a phase change point at 29-30° C was used as the PCM. A numerical study has been performed and compared the results of experimental study with using Computational Fluid Dynamics (CFD) software, Fluent14.0. In this study, depending on the heating location and surface heat flux it was observed that the effect of natural convection increased significantly on the liquid phase PCM.