بررسی عددی تأثیر هندسه پره‌های خطی، سهموی و رادیکالی بر عملکرد ذوب ماده تغییرفازدهنده RT35 در مبدل حرارتی سه‌لوله‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی مکانیک، واحد اهواز، دانشگاه آزاد اسلامی، اهواز، ایران

10.61186/masm.2026.2096810.1198
چکیده
رسانایی گرمایی پایین مواد تغییرفازدهنده چالش اصلی در کاربرد گسترده آن‌ها در سیستم‌های ذخیره‌سازی انرژی گرمای نهان محسوب می‌شود. در پژوهش حاضر، تأثیر استفاده از پره‌های با هندسه منحنی‌شکل بر بهبود نرخ ذوب ماده تغییرفازدهنده RT35 در یک مبدل حرارتی سه‌لوله‌ای به‌صورت عددی و دوبعدی مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌ها با استفاده از نرم‌افزار دینامیک سیالات محاسباتی انسیس فلوئنت و با به‌کارگیری روش آنتالپی-تخلخل انجام شده است. تأثیر دو پارامتر کلیدی شامل تعداد پره‌های خطی (۳، ۴ و ۵ تایی) و شکل هندسی پره‌ها (خطی، سهموی و رادیکالی) بر کسر حجمی مایع، توزیع دما و میدان سرعت در فرآیند ذوب مطالعه گردید. نتایج نشان می‌دهد که افزایش تعداد پره‌های خطی از ۳ به ۵ تایی، کسر حجمی را در زمان ۶۰۰ ثانیه به‌ترتیب ۲۷ و ۴۱ درصد افزایش می‌دهد و دمای ماده تغییرفازدهنده را تا ۱۵ درجه کلوین بهبود می‌بخشد. با مقایسه اشکال مختلف پره، مشخص گردید پره‌های سهموی و رادیکالی در زمان ۴۰۰ ثانیه، کسر حجمی را ۱۳ درصد نسبت به حالت خطی افزایش می‌دهند. همچنین زمان ذوب کامل در حالت پره سهموی پنج‌تایی نسبت به پره خطی پنج‌تایی ۵۰ درصد و نسبت به حالت سه‌تایی خطی ۶۸ درصد کاهش می‌یابد. به‌طور کلی، پره‌های با انحنای بیشتر به‌دلیل افزایش نیروی شناوری و بهبود جریان جابجایی آزاد، عملکرد حرارتی بهتری از خود نشان می‌دهند. یافته‌های این پژوهش می‌تواند در طراحی بهینه مبدل‌های حرارتی ذخیره‌ساز انرژی با کاربرد در سیستم‌های تهویه مطبوع، کلکتورهای خورشیدی و بازیافت حرارت صنعتی مورد استفاده قرار گیرد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Numerical Investigation of the Effect of Linear, Parabolic, and Radial Fin Geometries on the Melting Performance of RT35 Phase Change Material in a Triple-Tube Heat Exchanger

نویسندگان English

Tahereh Hassani Jalilian
َAshkan Ghafouri
Department of Mechanical Engineering, Ahv.C., Islamic Azad University, Ahvaz, Iran
چکیده English

The low thermal conductivity of phase change materials (PCMs) remains the main challenge for their widespread application in latent heat thermal energy storage systems. In the present study, the effect of curved-shaped fins on improving the melting rate of RT35 PCM in a triple-tube heat exchanger is numerically and two-dimensionally investigated. Simulations are performed using ANSYS Fluent CFD software employing the enthalpy-porosity method. The effects of two key parameters—the number of linear fins (3, 4, and 5) and fin geometry (linear, parabolic, and radial)—on liquid fraction, temperature distribution, and velocity field during the melting process are studied. The results demonstrate that increasing the number of linear fins from 3 to 5 enhances the liquid fraction by 27% and 41% at 600 seconds, respectively, and improves the PCM temperature by up to 15 K. Comparing different fin shapes reveals that parabolic and radial fins increase the liquid fraction by 13% compared to the linear configuration at 400 seconds. Moreover, the complete melting time in the five-fin parabolic configuration decreases by 50% compared to the five-fin linear case and by 68% compared to the three-fin linear case. Overall, fins with greater curvature exhibit superior thermal performance due to enhanced buoyancy forces and improved natural convection flow. The findings of this research can be utilized in the optimal design of thermal energy storage heat exchangers for applications in air conditioning systems, solar collectors, and industrial waste heat recovery.

کلیدواژه‌ها English

Phase Change Material
Parabolic Fin
Radial Fin
Melting Time
Thermal Performance

مقالات آماده انتشار، پذیرفته شده
انتشار آنلاین از 04 شهریور 1405

  • تاریخ دریافت 18 مرداد 1405
  • تاریخ بازنگری 27 مرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 04 شهریور 1405