جلسه دفاع پایان نامه کارشناسی ارشد (آقای احسان نصرآزادانی)
موضوع: بررسی عددی انتقال حرارت در مبدل حرارتی سه‌لوله‌ای مارپیچ مبتنی بر مواد تغییر فاز دهنده نانو
ارائه دهنده: احسان نصرآزادانی
استاد راهنما: دکتر توکلی نژاد
استادان داور: دکتر سلیم‌پور و دکتر کوهی کمالی
چیکده
هدف این پژوهش، ارتقای فرآیند ذوب مواد تغییر فازدهنده در یک مبدل حرارتی سه‌لوله‌ای مارپیچ است، به‌گونه‌ای که این سامانه بتواند به عنوان یک واحد ذخیره‌سازی حرارت مطمئن و کارآمد مورد استفاده قرار گیرد و در عین حال با بهبود راندمان انتقال حرارت، امکان استفاده‌ی گسترده‌تر از انرژی‌های تجدیدپذیر و مدیریت بهینه‌ی انرژی در کاربردهای مختلف را فراهم سازد. این سیستم با توجه به توانایی بالای مواد تغییر فازدهنده در ذخیره و آزادسازی انرژی نهان، می‌تواند نقش موثری در ارتقای بازده انرژی و کاهش نوسانات عرضه و تقاضای حرارت در کاربردهای مهندسی ایفا کند. به‌منظور ارزیابی دقیق عملکرد، یک مدل عددی سه‌بعدی مبتنی بر دینامیک سیالات محاسباتیدر نرم‌افزار انسیس فلوئنت توسعه داده شد. شبیه‌سازی با استفاده از روش حجم محدود و مدل‌سازی انتقال حرارت در شرایط گذرا صورت گرفت و رفتار ذوبمواد تغییر فازدهندهبا روش آنتالپی–تخلخل مورد تحلیل قرار گرفت. پس از انجام فرآیند اعتبارسنجی، که در آن نتایج عددی با داده‌های تجربی معتبر موجود در مراجع علمی مقایسه و تطابق مطلوب آن‌ها تایید شد، اثر پارامترهای طراحی و عملیاتی مختلف بر فرآیند ذوب بررسی گردید. این پارامترها شامل گام مارپیچ مبدل حرارتی، نحوه‌ی جانمایی مواد تغییر فازدهنده درون لوله، سرعت و دمای ورودی سیال عامل و نیز افزودن نانوذرات اکسید آلومینیوم و اکسید مس در کسر حجمی‌های مختلف بود. نتایج نشان داد که جانمایی مواد تغییر فازدهنده مطابق پیکربندی‌دوم، فرآیند ذوب را تا 37.15% بهبود می‌دهد. همچنین، افزایش دمای ورودی سیال عامل از 60 به 85 درجه سانتی‌گراد منجر به کاهش 53.33% در زمان کامل ذوب شد. در مقابل، تغییر گام مارپیچ و سرعت سیال ورودی اثر ناچیزی بر بهبود زمان ذوب داشتند. در گام پایانی، به‌منظور ارتقای سرعت ذوب، افزودن نانوذرات اکسید آلومینیوم و اکسید مس به مواد تغییر فازدهنده در کسر حجمی‌های 1%، 2% و 3% بررسی شد. شبیه‌سازی‌ها نشان داد که زمان ذوب برای نانوذرات اکسید آلومینیوم به ترتیب 11.3%، 12.1% و 13% و برای نانو ذرات اکسید مس به ترتیب 7.5%، 9.5% و10.8% نسبت به حالت بدون نانوذرهکاهش می‌یابد. نتایج این پژوهش می‌تواند به عنوان مرجع مناسبی در طراحی و بهینه‌سازی سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی حرارتی مبتنی بر مواد تغییر فازدهنده در مبدل‌های مارپیچ چندلوله‌ای مورد استفاده قرار گیرد