نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

شبیه سازی مدیریت گرمایی مواد نانوکامپوزیت تغییرفازدهنده توسط فناوری CFD

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
عزیز باباپور 1
رضا پیشکارآذری 1
سید ایمان گلستانه 2
زهره قاضی طباطبائی 3
1 گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
2 گروه مهندسی شیمی، دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه شیراز، شیراز، ایران
3 گروه شیمی کاربردی، واحد اهر، دانشگاه آزاد اسلامی، اهر، ایران
چکیده
بحران انرژی در قرن حاضر، بشر را به فکر استفاده از منابع نوین انرژی رهنمون ساخته است. یکی از این منابع بسیارکارآمد، مواد تغییرفازدهنده است. این مواد، افزون بر ذخیره ­ی انرژیبه­ عنوان عایق­ های گرمایی نیز به­ کار می­ روند و استفاده از این مواد، نیاز بهسامانه­ های ایمن ­سازی مصرف انرژی را نیز حذف می­کند. این مواد با وجود همه برتری ­ها، مشکل­ هایی از جمله نشتی و کم بودن ضریب هدایت گرمایی دارند. درنتیجه استفاده از نانوذره ­های فلزی می­ تواند ویژگی­ های آن ­ها را بهبود بخشد. دراینپژوهش، ذوب شدن واکس پارافین دارای نانوذره­ های Al2O3، Fe2O3، SiO2 و ZnO (با درصدوزنی 2%  و 8%) در یک محفظه ­ی مستطیلی شکل، به وسیله ­ی نرم ­افزار کامسول شبیه­ سازی شده است. تأثیر وجود نانوذره ­ها با درصد وزنی متفاوت بر توزیع دما، توزیع سرعت، دانسیته، ضریب هدایت گرمایی و هم­چنین چگونگی ذوب­شوندگی مورد بررسی قرار گرفته ­اند. نتیجه­ ها نشان می ­دهد که با افزودن 8% وزنی  نانوذره ­ها، ضریب هدایت گرمایی 5/12% افزایش داشته است. با ایجاد شرایط مرزی و اولیه ­ی یکسان برای همه­ ی حالت­ ها، میزان ذوب شدن در حالت 8% وزنی نانوذره ­ها، بیش ­تر از 2% و پارافین خالص است و این نشان می ­دهد که افزودن نانوذره­ ها به پارافین به منظور افزایش نرخ ذوب شدن برای هدف­ های گوناگون مدیریت گرمایی مانند ذخیره ­سازی انرژی می ­تواند مفید باشد.
کلیدواژه‌ها
مواد تغییرفازدهنده
نانوذره ها
کامسول
پارافین
هدایت گرمایی

موضوعات

[1] باباپور، عزیز؛ بخشوده­نیا، یاسر؛ بخشوده­نیا، محمد؛ "مروری بر مدلسازی عددی و آنالیز کاربرد مواد تغییرفازدهنده در ساختمان جهت کاهش مصرف انرژی"،پنجمین کنفرانس انرژی­های تجدیدپذیر، پاک و کارآمد، اسفند (1392).
[2] ضامن، محمد؛ رضاخانی، ناصر؛ رجبی، مهدیه؛ زینالی دانالو، میرعلی اصغر؛ ارزیابی عملکرد سامانه ترکیبی آب گرم‌کن/ آب شیرین‌کن خورشیدی خانگی، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (3)34: 91 تا 102 (1394).
[3] باباپور،عزیز؛ مسعودی ریحان، مهدیه؛ "مروری بر مواد تغییر فاز دهنده به عنوان منبع ارزشمند انرژی"، پنجمین کنفرانس انرژی­های تجدید­پذیر، پاک و کارآمد، اسفند (1392).
[4] Babapoor A., Karimi G., Thermal Properties Measurement and Heat Storage Analysis of Paraffin-Nanoparticles Composites Phase Change Material: Comparison and Optimization, Appl. Therm. Eng., 90: 945-951 (2015).
[5] Pielichowska K., Pielichowski K., Phase Change Materials for Thermal Energy Storage, Prog. Mater. Sci., 65: 67–123 (2014).
[6] Babapoor A., Azizi M.M., Karimi G., Thermal Management of a Li-Ion Battery Using Carbon Fiber-PCM Composites, Appl. Therm. Eng., 82: 281–290 (2015).
[7] Samimi F., Babapoor A., Azizi M.M., Karimi G., Thermal Management Analysis of a Li-Ion Battery Cell Using Phase Change Material Loaded with Carbon Fibers, Energy, 96: 355-371 (2016).
[8] Babapoor A., Karimi G., Khorram M., Fabrication and Characterization of Nanofiber-Nanoparticle-Composites with Phase Change Materials by Electrospinning, Appl. Therm. Eng 99: 1225-1235 (2016).
[9] Babapoor A., Karimi G., Sabbaghi S., Thermal Characteristic of Nanocomposite Phase Change Materials During Solidification Process, J. Energy Storage, 7:74-81 (2016).
[10] Karimi G., Azizi M.M., Babapoor A., Experimental Study of a Cylindrical Lithium Ion Battery Thermal Management Using Phase Change Material Composites, J. Energy Storage, 8:168-174 (2016).
[11] Babapoor A., Karimi G., Golestaneh S.I., Ahmadi Mezjin M., Coaxial Electro-Spun PEG/PA6 Composite Fibers: Fabrication and Characterization, Appl. Therm. Eng., 118: 398-407 (2017).
[12] Cai L., White R.E., Mathematical Modeling of a Lithium Ion Battery with Thermal Effects
in COMSOL Inc. Multiphysics (MP) Software, J. Power Sources, 196: 5985–5989 (2011).
[13] Wang J., Xie H., Guo Z., Li Y., Improved Thermal Properties of Paraffin Wax by the Addition of TiO2 Nanoparticles, Appl. Therm. Eng., 73: 1541-1547 (2014).
[14] Ho C.J., Gao J.Y., Preparation and Thermophysical Properties of Nanoparticle in Paraffin Emulsion as Phase Change Material, Int. Commun. Heat Mass Transfer, 36: 467-470 (2009).
[15] Valan Arasu A., Mujumdar A.S., Numerical Study on Melting of Paraffin Wax with Al2O3 in a Square Enclosure, Int. Commun. Heat Mass Transfer, 39: 8–16 (2012).
[16] کریمی، هجیر؛ سبزه میدانی، محمدمهدی؛ مطالعه عددی تأثیر عامل‌های هندسی بر انتقال گرمای نانوسیال آب ـ Al2O3 در یک میکروکانال، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)35: 137 تا 150 (1395).
[17] Kaplan F., Vivero C.D., Howes S., Arora M., Homayoun H., Burleson W., Tullsen D., Coskun A.K., “Modeling and Analysis of Phase Change Materials for Efficient Thermal Management”, University Boston, (2014).
[18] Pryor R.W., “Modeling Materials through a Phase Transition: Using COMSOL Multiphysics and Applying Physics First Principles Techniques”, Excerpt from the Proceedings of the COMSOL Conference,Boston (2007).
[19] اتابکی، فریبرز؛ یوسفی، محمد حسن؛ آل کرم، ایمان؛ بررسی و بهبود رسانایی پلی (4،3- اتیلن دی اکسی تیوفن): پلی (استایرن سولفونیک اسید) (PEDOT:PSS) با افزودن نانوذرات نقره و مایع یونی 2ـ متیل ایمیدازولیوم، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، (4)35: 39 تا 48 (1395).