In-depth Numerical Simulation of the Impact of Wavy Fin Geometric Arrangement on the Melting Front of PCMs

الملخص

تتناول هذه الورقة البحثية كيفية تحسين قدرة الاحتفاظ بالحرارة (LHTES) لمواد تغيير الطور (PCM) باستخدام الزعانف المتموجة. أُجريت دراسة عددية لمواد تغيير الطور المزودة بزعانف متموجة باستخدام نموذج ديناميكا الموائع الحسابية ثنائي الأبعاد العابر لانصهار مادة تغيير الطور، بما في ذلك تتبع السطح الفاصل بين مادة تغيير الطور والوسط المحيط. حللت الدراسة تأثير أهم الخصائص الهندسية، بما في ذلك ارتفاع الموجة وطولها والمسافة بين الزعانف، على كيفية تغير معدل الانصهار وتطور تيارات الحمل الحراري الطبيعي. أظهرت نتائج هذه الدراسة العددية أن الزعانف المتموجة توفر أداءً أفضل من الزعانف المستقيمة من خلال تقليل طبقة الحدود الحرارية عند قيعان الموجات وتوليد أنماط تدفق ثانوية (دوامات دين) عند نقاط الارتفاع تلك. أظهر هذا التحليل أنه بالنسبة للتكوين الأمثل ذي سعة الموجة والتباعد المعتدلين، انخفض إجمالي زمن انصهار مادة تغيير الطور بنسبة 26.6% تقريبًا مقارنةً بتكوينات الزعانف المستقيمة. مع ذلك، تُقدّم الدراسة شرطًا هيدروديناميكيًا حديًا، يتجاوزه تقليل المسافة بين الزعانف بشكل مفرط أو زيادة سعة الموجة بشكل كبير، مما يُؤدي إلى ظروف اختناق حراري وتكوين مناطق ركود، الأمر الذي يُعيق التدفق الناتج عن الطفو ويُقلّل الأداء الحراري للنظام في المراحل النهائية من الانصهار. ستكون هذه النتائج مفيدة في تطوير معايير تصميمية لتحسين البنية الهندسية للأسطح الممتدة، بحيث تُحقق أقصى كفاءة لنقل الحرارة في تطبيقات تخزين الطاقة التي تستخدم مواد تغيير الطور.