Побољшање преношења топлоте у акумулатору топлоте са фазно променљивим материјалом као испуном

Abstract

Отежано преношење топлоте у акумулаторима топлоте са фазно променљивим материјалом као испуном, које се јавља као последица мале топлотне проводљивости фазно променљивих материјала који се користе на температурском опсегу до 200 C° , представља главну препреку у примени акумулатора топлоте у којима се акумулација топлоте остварује на рачун промене фазе радног медијума. Поред типова акумулатора топлоте и прегледа потенцијалних, односно коришћених фазно променљивих материјала, разматране су методе за побољшање преношења топлоте, тј. за превазилажење проблема мале топлотне проводљивости материјала. Као најпоузданији метод за поспешивање преношења топлоте се показало повећање површи за размену топлоте, тј. површи која је у контакту са фазно променљивим материјалом. Као фазно променљиви материјал коришћен је парафин комерцијалног назива Е53. Побољшање преношења топлоте је праћено преко смањења времена топљења парафина, тј. повећања брзине промене фазе, односно временског периода у коме се достиже температура промене фазе парафина. За разлику од досадашњих истраживања, у којима је повећање оствареног побољшања преношења топлоте посматрано у функцији од броја ребара или неке карактеристичне димензије ребра (висина, пречник, дужина и сл.), у овом раду је побољшање доведено у корелацију са фактором оребрења. У оквиру дисертације је осмишљен физички модел акумулатора топлоте испуњеног фазно променљивим материјалом за три вредности фактора оребрења, тј. за три варијанте акумулатора топлоте. Уведени физички модел акумулатора топлоте описан је одговарајућим математичким моделом у који су имплементиране претпоставке неопходне за решавање дефинисаног система једначина...

Impaired heat transfer in thermal energy storage (TES) with phase change material (PCM) as a filling, which occurs as a result of low thermal conductivity of the phase-change materials used for storing thermal energy up to 200 C° , represents a major obstacle in the implementation of the TES in which the heat accumulation is realized as a consequence of the working medium phase change. Beside review of present thermal energy storages types and potential one, respectively used PCMs, methods for enhancing heat transfer were considered, i.e. method for overcoming the problem of low thermal conductivity material. As the most reliable method for enhancing heat transfer, the increase of heat transfer surface was found, i.e. the surface that is in the contact with PCM. The commercial paraffin E53 was used as the PCM. The enhancement of heat transfer is accompanied by the decrease of the paraffin melting time, i.e. increase of the phase change rate, respectively the period in which the temperature of the phase change of the paraffin is reached. Unlike previous studies, where achieved heat transfer increase was analyzed as a function of the number of fins or some fin characteristic dimension (height, diameter, length, etc.), in this thesis the heat transfer improvement was into correlated with of the finned surface factor. Within this thesis the physical model of the thermal energy storage filled by PCM was conceived for three values of the finned surface factor, i.e. for the three variants of the TES. The introduced physical model of the TES was described by corresponding mathematical model in which the necessary assumptions for solving the defined system of equations were implemented...