توصيفگر ها :
گرماي نهان , مواد تغيير فاز دهنده , كپسوله¬سازي , بستر فوراني , بازده ذخيره‌سازي و رهاسازي انرژي
چكيده فارسي :
امروزه ذخيره انرژي به دليل افزايش جمعيت و عدم تطابق بين عرضه و تقاضاي انرژي بسيار حائز اهميت است. به همين دليل در سال‌هاي اخير مواد تغيير فاز دهنده ( (PCMs به‌عنوان يكي از تكنولوژي‌هاي آينده‌ي ذخيره گرما، موردتوجه قرارگرفته¬اند. مواد تغيير فاز دهنده براي كنترل درجه حرارت سيستم مورد نظر و ذخيره¬سازي و رهاسازي به‌موقع انرژي در سيستم¬هاي ذخيره‌ي انرژي گرماي نهان(LTES) بكار مي‌روند. ازجمله‌ي اين نوع سيستم¬هاكه مواد تغيير فاز دهنده در آن‌ها كاربرد دارد مي‌توان به بسترهاي ثابت، سيالي و فوراني اشاره كرد ;همچنين مطالعات انجام‌شده بر روي ذخيره‌سازي و رهاسازي گرماي نهان به كمك مواد تغيير فاز دهنده در بسترها بسيار محدود است و موارد معدود گزارش‌شده در بستر¬هاي سيال و ثابت صورت گرفته است. با وجوداينكه بسترهاي فوراني مزاياي مطلوب زيادي نسبت به دو بستر ديگر دارد هيچگونه پژوهشي بر روي بستر¬ فوراني انجام نشده است؛ بنابراين در اين پژوهش ابتدا نحوه-ي عملكرد ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان و محسوس يك نمونه ماده تغيير فاز دهنده¬ي كپسوله شده¬ي تجاري ( GR42 ) در بستر فوراني پرشده با اين نوع ماده¬ي تجاري تحت شرايط عملياتي مختلف، و طي دو فرآيند متوالي گرمايش و سرمايش، مورد بررسي آزمايشگاهي قرار گرفت. در اين راستا، در بستر فوراني نخست تاثيرافزايش ميزان ماده¬ي تغيير فاز دهنده موجود در بستر( 40، 60 و90 گرم) با سرعت هواي ورودي 3/1 برابر كمينه سرعت فوراني شدن و دماي 50 درجه سانتي گراد بر بازده ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان ماده تغيير فاز دهنده¬ي تجاري در بستر فوراني مورد ارزيابي قرار گرفت. سپس براي 90گرم ماده¬ي تغيير فاز دهنده¬ ي تجاري با ثابت نگهداشتن دبي، تاثير افزايش دماي هواي ورودي به بستر (50 و 60 درجه سانتي گراد) و در مرحله بعد تاثير افزايش سرعت (3/1 و 5/1 برابر سرعت كمينه فوراني شدن) با ثابت نگهداشتن دما در 50 درجه سانتي گراد براي همان ميزان ماده ¬تغيير فاز دهنده، بر بازده ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان ماده تغيير فاز دهنده¬ي تجاري در بستر فوراني بررسي شد. همچنين عملكرد ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان بستر فوراني با دو بستر سيالي و ثابت در شرايط يكسان مورد آزمايش قرار گرفت و در پايان آزمايشات نمونه اي از كامپوزيت مواد تغيير فاز دهنده (ماده¬ي تغير فاز دهنده¬ي مهار شده) در آزمايشگاه تهيه گرديد و عملكرد ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان آن، ارزيابي و با ماده¬ي تغيير فاز دهنده¬ي تجاري و ماده¬ي تك فاز شن مقايسه گرديد. نتايج حاصل از افزايش ميزان ماده تغيير فاز دهنده رشد 25 درصدي بازده ذخيره سازي گرماي نهان را براي 90 گرم و رشد 13 درصدي را براي 60 گرم نسبت به 40 گرم ماده¬ي تغيير فاز دهنده تجاري نشان داد. افزايش دما و سپس سرعت هواي ورودي نيز به ترتيب باعث كاهش 33 درصدي و 36 درصدي بازده ذخيره سازي گرماي نهان شد. اما در فرآيند سرمايش بر خلاف فرآيند گرمايش در آزمايش افزايش سرعت( 5/1 برابر سرعت كمينه¬ي فوراني شدن )، بازده رهاسازي گرمايي نهان، 24 درصد افزايش يافت. همچنين در مقايسه بين عملكرد ذخيره سازي و رهاسازي گرماي نهان درون بستر¬هاي ثابت، سيالي و فوراني در شرايط يكسان ، نتايج نشان داد بازده ذخيره سازي گرماي نهان در بستر فوراني در فرآيند گرمايش نسبت به بستر سيالي 20 درصد و نسبت به بسترثابت، 49 درصد افزايش يافت و بازده رهاسازي گرمايي نهان در فرآيند سرمايش براي بستر فوراني نسبت به بستر سيالي و ثابت بترتيب 10 درصد و 20 درصد بيشتر بدست آمد. سرانجام ميزان ذخيره سازي و رهاسازي گرماي نهان نمونه¬ي ماده¬ي تغيير فاز دهنده¬ي آزمايشگاهي (پرليت شارژ شده با لاريك اسيد) با نمونه¬ي تجاري وشن كه يك ماده¬ ي تك فاز است مورد آزمايش و مقايسه قرار گرفت. بازده ذخيره سازي و رها سازي گرماي نهان نمونه ي آزمايشگاهي در مقايسه با نمونه¬ي تجاري بترتيب، 16 درصد و 25 درصد كمتر از نمونه¬ي تجاري بدست آمد؛كه به¬دليل چگالي كمتر و آنتالپي ذوب بيشتر نمونه¬ي آزمايشگاهي، انتظار مي¬رفت بازده ذخيره سازي آن نسبت به نمونه¬ي تجاري بيشتر باشد اما به دليل حفظ حالت فوراني مواد در بستر فوراني و ارتفاع مناسب در پر شدگي مواد، نمونه¬ي آزمايشگاهي نصف مقادير شن و ماده تغيير فاز دهنده¬يِ تجاري، مورد آزمايش قرار گرفت و نتايج مذكور بدست آمد.
چكيده انگليسي :
Today, energy storage is very important due to the increase in population and the imbalance between energy supply and demand. For this reason, in recent years, phase change materials have been considered as one of the future thermal energy storage technologies. Phase change materials (PCMs) are used to control of the desired system temperature, store and release energy in times that we need in Latent Thermal Energy Storage systems (LTES). Among these types of systems in which phase change materials are used, we can mention fixed, fluidized and spouted beds. Also, the studies conducted on the storage and release of latent thermal with the usage phase change materials in the beds are very limited and the few reported cases have been done in fluidized and fixed beds. Although the spouted beds have some advantages over the other beds, but no research has been reported on the spouted beds. Therefore, in this research, the performance of storage and release of latent and sensible thermal of a sample of commercial encapsulated phase change materials (GR42) in the spouted beds was investigated in the laboratory under different operational conditions and during two consecutive processes of heating and cooling. In this regard, in spouted bed, firstly the effect of the amount of phase change materials in the bed (40, 60 and 90 g) on the efficiency of storage and release latent thermal energy of GR42 was evaluated with the inlet air velocity of 1.3 times the minimum spouting velocity (Um) and temperature of 50°C. Also the effect of air temperature (50 and 60°C) and inlet air flow velocity (1.3 and 1.5 Um) for 90 g GR42 on the efficiency of the storage and release of latent thermal energy were investigated. Results showed a 25% increase in latent thermal storage efficiency for 90 g and a 13% increase for 60 g compared to 40 g. Increasing the temperature, and velocity result in a 33% and 36% decrease in the latent thermal storage efficiency, respectively. However, in the cooling process, by increasing in the air velocity, unlike the heating process, efficiency of the latent thermal release was increased by 24%. Also, the performance of storing and releasing the latent thermal energy in the spouted bed was compared with fluidized and fixed beds in the same conditions. Results showed the latent thermal storage efficiency of the spouted bed in the heating process was increased by 20% and 49% compared to fluidized and fixed bed, respectively, and for cooling process were 10% and 20% respectively. Finally, a sample of the phase change materials composite (Lauric acid as a phase change material protected with perlite) was prepared in the laboratory then its latent thermal storage and release performance was examined and compared with commercial phase change materialsand sand as a single phase material. The efficiency storage energy of laboratory sample compared with commercial sample for heating and cooling process decreases by 16% and 20% respectively, due to low density of laboratory sample and lower charge material in the bed for the same filling height in the spouted bed.
