مکانیک مواد پیشرفته و هوشمند

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.