شبیه‌سازی و بهینه‌سازی مدیریت گرمایی در لوله‌هایL شکل پوشش داده‌شده با نانوالیاف مواد تغییر فازدهنده

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه محقق اردبیلی

2 دانشگاه شیراز

3 دانشگاه صنعتی شیراز

چکیده

در اینپژوهش، نانوالیاف مواد تغییر فازدهنده (پلی­اتیلن­گلایکول بهعنوان مادۀ تغییر فازدهنده و پلی آمید6 بهعنوان نگهدارنده) در یکلولۀ L شکل، در شرایط مختلف و به‌کمک نرم­افزار کامسول شبیه­سازی شدهاست.برای این منظور، آب در دمای 100 درجۀ سلسیوس در داخل یکلولۀ L شکل قرار داده شده و اطراف محفظه با لایۀ نازکی از نانوالیاف پلی­اتیلن گلایکول- پلی­آمید پوشانده شدهاست. در ادامه، خواص ترموفیزیکی چندسازۀ نانوالیاف مواد تغییر فازدهنده در درصدهای مختلف وزنی بررسی شده و اثرهای تغییرات دما، چگالی، گرانـروی و ضـریب هـدایت حرارتی بـر روی آن­ها، باهـم مقایسـه شده‌است. نتیجه‌های پژوهش نشانداد که مناسب‌ترین سامانه برای مدیریت گرمایی، مربوط به نانوچندسازۀ مواد تغییر فازدهنده با بیشترین درصد وزنی پلی­اتیلن گلایکول است.همچنین، استفاده از نانوالیاف مواد تغییر فازدهنده در بهبود مدیریت حرارتی و کنترل دما بسیار مؤثر هستند و می­توانند بهعنوان مواد مناسب برای ذخیره­سازی و انتقال انرژی بهکار برده شوند.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Simulation and Optimization of Thermal Management in L-Shaped Tubes Coated with Phase Change Material Nanofibers

نویسندگان [English]

  • A. Babapoor 1
  • M. AhmadiMezjin 2
  • A. Hoseinasadi 1
  • S. M. Jokar 3
  • M. Paar 1
  • S. I. Golestaneh 2
1 University of Mohaghegh Ardabili
2 Shiraz University
3 Shiraz University of Technology
چکیده [English]

In this study, the phase change materials (PCMs) nanofibers (polyethylene glycol as the PCM and polyamide-6 as the supporting matrix) in an L-shaped tube at various conditions were simulated with COMSOL software.
In this regard, water at 100˚C is placed in the L-shaped tube, which is coated with a thin layer of polyethylene glycol-polyamide nanofibers on the outside. In the following, the thermophysical properties of composite nanofibers PCMs were investigated. The effect of varying temperature, velocity, density, viscosity and thermal conductivity on the composite nanofibers PCMs with different weight percentages were compared. The results showed that the most proper system for thermal management is related to the PCM nanocomposite with a maximum weight percentage of polyethylene glycol. Also, using nano-PCMs for improving the thermal management and temperature controlling is so effective, and therefore they can be applied to store and transport energy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Nanofiber
  • phase change materials
  • COMSOL
  • Composite
  • Thermal management

 

[1]       IEA, "World energy outlook 2010", International Energy Agency, (2010).
]2[       شیخ جابری، ف.، شریعتی­نیاسر، م.، "استفاده از فناوری نانو در ذخیره­سازی انرژی حرارتی"، فناوری نانو، سال دهم، 165، 16-20، (1390).
[3]      سیف­پور، م.، نوری، م.، مختاری، ج.، "مواد تغییر فازدهنده و کاربرد آنها در منسوجات"، مجلۀ علوم و فناوری نساجی، دورۀ اول، 1، 10-18، (1390).
[4]       Pielichowska, K., Pielichowski, K., "Phase change materials for thermal energy storage", Journal of Progress in Material Science, 65, pp. 67-123, (2014).
[5]       Babapoor, A., Azizi, M., Karimi, G., "Thermal management of a Li-ion battery using carbon fiber-PCM composites", Applied Thermal Engineering, 85, pp. 281-290, (2015).
[6]       Babapoor, A., Karimi, G., Khorram, M., "Fabrication and characterization of nanofiber-nanoparticle-composites with phase change materials by electrospinning", Applied Thermal Engineering, 99, pp. 1225-1235, (2016).
[7]       Babapoor, A., Karimi, G., Sabbaghi, S., "Thermal characteristic of nanocomposite phase change materials during solidification process", Journal of Energy Storage, 7, pp. 74-81, (2016).
[8]       Karimi, G., Azizi, M., Babapoor, A., "Experimental study of a cylindrical lithium ion battery thermal management using phase change material composites", Journal of Energy Storage, 8,
pp. 168–174, (2016).
[9]      حسینی، م.، ﻣﺤﻤﺪﯾﻮن، م.، مرتضوی، س.، "ﺑﺮرﺳﯽ اﻧﺘﻘﺎل ﺣﺮارت و ﺗﺤﻠﯿﻞ اﮔﺰرژی ﻣﺒﺪل ﺣﺮارﺗﯽ دو ﻟﻮﻟﻪای ﻣﺠﻬﺰ ﺑﻪ آﺷﻔﺘﻪﺳﺎز ﺑﺎ بکارﮔﯿﺮی ﻧﺎﻧﻮﺳﯿﺎل TiO2"، مجلۀ تحقیقاتی مواد نانوکامپوزیتی، دورۀ هشتم، 25، 41-51، (1395).
[10]    اکبری خرمی، ح.، کیان‌پور راد، م.، واعظی، ر.، "ﺳﻨﺘﺰ ﻧﺎﻧﻮاﻟﻴﺎف ﻛﺎﻣﭙﻮزﻳﺘﻲ SnO2/ZnO ﺑﻪ روش اﻟﻜﺘﺮورﻳﺴﻲ و ﺑﺮرﺳﻲ ﻋﻮاﻣﻞ ﻣؤﺛﺮ ﻣﺤﻠﻮﻟﻲ و فرایندی ﺑﺮ ﻣﻮرﻓﻮﻟﻮژی ﻧﺎﻧﻮاﻟﻴﺎف ﺣﺎﺻﻞ"، مجلۀ تحقیقاتی مواد نانوکامپوزیتی، دورۀ دوم، 5، 1-11، (1389).
[11]      Babapoor, A., Karimi, G., Golestaneh, S. I., Ahmadi, M., "Coaxial electro-spun PEG/PA6 composite fibers: fabrication and characterization", Applied Thermal Engineering, 118, pp. 398-407, (2017).
[12]      Golestaneh, S. I., Karimi, G., Babapoor, A., Torabi, F., "Thermal performance of co-electrospun fatty acid nanofiber composites in the presence of nanoparticles", Applied Energy, 212, pp. 552-564, (2018).
[13]    باباپور، ع.، مسعودی ریحان، م.، "مروری بر مواد تغییر فازدهنده به‌عنوان منبع ارزشمند انرژی"، پنجمین کنفرانس انرژی­های تجدید­پذیر، پاک و کارآمد، تهران، اسفند (1392).
[14]     Cari, L., White, R., "Mathematical modeling of a lithium ion battery with thermal effects in COMSOL Inc. Multiphysics (MP) software", Journal of Power Sources, 196, p. 5985-5989, (2011).
[15]    باباپور، ع.، بخشوده­نیا، ی.، بخشوده­نیا، م.، "مروری بر مدلسازی عددی و آنالیز کاربرد مواد تغییر فازدهنده در ساختمان جهت کاهش مصرف انرژی"، پنجمین کنفرانس انرژی­های تجدیدپذیر، پاک و کارآمد، تهران، اسفند (1392).
[16]     Samimi, F., Babapoor, A., Azizi, M., Karimi, G., "Thermal management analysis of a Li-ion battery cell using phase change material loaded with carbon fibers", Energy, 96, pp. 355-371, (2016).
[17]    باباپور، ع.، پیشکارآذری، ر.، گلستانه، ا.، قاضی طباطبائی، ز.، "شبیه‌سازی مدیریت حرارتی مواد نانوکامپوزیت تغییر فازدهنده توسط تکنیک CFD"، نشریۀ شیمی و مهندسی شیمی ایران، دورۀ 37، 4، (1397).
[18]    باباپور، ع.، کریمیان، ف.، کریمی، غ.، "مدلسازی عددی کاربرد نانومواد تغییر فاز دهنده"، کنفرانس ملی مهندسی مکانیک، ملایر، ایران، (1392).
[19]    باباپور، ع.، هروی، م.، محمودی، م.، کریمی، غ.، "مدیریت گرمایی در باتری­های یون لیتیوم با استفاده از مواد تغییر فازدهنده"، کنفرانس ملی مهندسی مکانیک، ملایر، ایران، (1392).
 
[20]     Bahari, M., Najafi, B., Babapoor, A., "Evaluation of α-AL2O3-PW nanocomposites for thermal energy storage in the agro-products solar dryer", Journal of Energy Storage, 28, (2020).
[21]     Haghighi, A., Babapoor, A., Azizi, M., Javanshir, Z., Ghasemzadeh, H., "Optimization of the thermal performance of PCM nanocomposites", Journal of Energy Management and Technology (JEMT), 4,
pp. 14-19, (2020).
[22]     Sakkaki, M., Sadegh Moghanlou, F., Parvizi, S., Baghbanijavid, H., Babapoor, A., Shahedi Asl, M., "Phase change materials as quenching media for heat treatment of 42CrMo4 steels", Journal of Central South University, (2019).
[23]    باباپور، ع.، کریمی، غ.، "سنتز و بررسی پایداری حرارتی نانومواد تغییرفاز دهندۀ هسته-پوسته دوغابی"، نشریۀ شیمی و مهندسی شیمی ایران، (1397).
[24]     Sabahi Namini, A., Ahmadi, Z., Babapoor, A., Shokouhimehr, M., Shahedi Asl, M., "Microstructure and thermomechanical characteristics of spark plasma sintered TiC ceramics doped with nano-sized WC", Ceramics International, 45, pp. 2153–2160, (2019).
[25]    حقیقی، ع.، باباپور، ع.، "استفاده از انرژی­های تجدیدپذیر راهی مؤثر جهت کاهش آلودگی محیط زیست"، نشریۀ دوفصلنامۀ انرژی‌های تجدیدپذیر و نو، سال پنجم، 9،
40-50، (1397).