| Titre | Natural convection effect on solidification enhancement in a multi-tube latent heat storage system: Effect of tubes' arrangement |
| |
| Auteur | Ebrahimnataj Tiji, M; Mahdi, J M ; Mohammed, H I; Majdi, H S; Ebrahimi, A; Babaei Mahani, R; Talebizadehsardari, P; Yaïci, W |
| Source | Energies vol. 14, 2021 p. 1-23, https://doi.org/10.3390/en14227489  Accès ouvert |
| Image |  |
| Année | 2021 |
| Séries alt. | Ressources naturelles Canada, Contribution externe 20210577 |
| Éditeur | MDPI |
| Document | publication en série |
| Lang. | anglais |
| DOI | https://doi.org/10.3390/en14227489 |
| Media | papier; en ligne; numérique |
| Formats | pdf |
| Sujets | convection; angles de phase; ressources énergétiques; énergie; flux thermique; Sciences et technologie |
| Illustrations | diagrammes schématiques; graphiques; tableaux |
| Programme | CanmetÉNERGIE - Ottawa Bâtiments et groupe des renouvelables - Les systèmes d'énergie hybride |
| Diffusé | 2021 11 09 |
| Résumé | (disponible en anglais seulement)
The solidification process in a multi-tube latent heat energy system is affected by the natural convection and the arrangement of heat exchanger tubes, which
changes the buoyancy effect as well. In the current work, the effect of the arrangement of the tubes in a multi-tube heat exchanger was examined during the solidification process with the focus on the natural convection effects inside the phase
change material (PCM). The behavior of the system was numerically analyzed using liquid fraction and energy released, as well as temperature, velocity and streamline profiles for different studied cases. The arrangement of the tubes, considering
seven pipes in the symmetrical condition, are assumed at different positions in the system, including uniform distribution of the tubes as well as non-uniform distribution, i.e., tubes concentrated at the bottom, middle and the top of the PCM shell.
The model was first validated compared with previous experimental work from the literature. The results show that the heat rate removal from the PCM after 16 h was 52.89 W (max) and 14.85 W (min) for the cases of uniform tube distribution and tubes
concentrated at the bottom, respectively, for the proposed dimensions of the heat exchanger. The heat rate removal of the system with uniform tube distribution increases when the distance between the tubes and top of the shell reduces, and increased
equal to 68.75 W due to natural convection effect. The heat release rate also reduces by increasing the temperature the tubes. The heat removal rate increases by 7.5%, and 23.7% when the temperature increases from 10 °C to 15 °C and 20 °C,
respectively. This paper reveals that specific consideration to the arrangement of the tubes should be made to enhance the heat recovery process attending natural convection effects in phase change heat storage systems. |
| Sommaire | (Résumé en langage clair et simple, non publié)
Le processus de solidification dans un système d'énergie thermique latente multi-tubes est affecté par la convection naturelle et la disposition
des tubes de l'échangeur de chaleur, ce qui modifie également l'effet de flottabilité. Dans les travaux en cours, l'effet de la disposition des tubes dans un échangeur de chaleur multi-tubes a été examiné pendant le processus de solidification en
mettant l'accent sur les effets de convection naturelle à l'intérieur du matériau à changement de phase (MCP). Le comportement du système a été analysé numériquement à l'aide de la fraction liquide et de l'énergie libérée, ainsi que des profils de
température, de vitesse et de ligne de courant pour différents cas étudiés. La disposition des tubes, en considérant sept tuyaux à l'état symétrique, est supposée à différentes positions dans le système, y compris une distribution uniforme des tubes
ainsi qu'une distribution non uniforme, c'est-à-dire des tubes concentrés en bas, au milieu et en haut de la calandre de l'échangeur MPC. Le modèle a d'abord été validé par rapport à des travaux expérimentaux antérieurs issus de la littérature. Les
résultats montrent que l'évacuation du taux de chaleur après 16 h était de 52,89 W (max) et 14,85 W (min) pour les cas de distribution uniforme des tubes et de tubes concentrés au fond, respectivement, pour les dimensions proposées de l'échangeur de
chaleur. L'évacuation du taux de chaleur du système avec une distribution uniforme des tubes augmente lorsque la distance entre les tubes et le haut de la coque diminue, et augmente égale à 68,75 W en raison de l'effet de convection naturelle. Le
taux de dégagement de chaleur diminue également en augmentant la température des tubes. Le taux d'évacuation de la chaleur augmente de 7,5 % et de 23,7 % lorsque la température passe de 10 °C à 15 °C et 20 °C, respectivement. Cet article révèle
qu'une attention particulière à l'arrangement des tubes doit être faite afin d'améliorer le processus de récupération de chaleur contribuant aux effets de convection naturelle dans les systèmes de stockage de chaleur à changement de phase. |
| GEOSCAN ID | 329492 |
|
|