بهبود عملکرد ذخیره ساز های حرارتی نهان به کمک تغییر مسیر جریان های جابجایی طبیعی

فناوری های ذخیره انرژی حرارتی رویکردی نسبتا جدید در کاهش مصرف انرژی و ایجاد تعادل در مصرف، پیک سایی و افزایش سهم انرژی های تجدیدپذیر در تامین انرژی می باشند. با وجود محاسن زیاد، هنوز چالش هایی در مسیر توسعه ذخیره سازی انرژی حرارتی وجود دارد. یکی از این چالش ها، نرخ پایین شارژ و دشارژ در ذخیره سازهای حرارتی نهان می باشد. با توجه به وجود جریان های جابجایی طبیعی آرایش لوله های سیال و پره های حرارتی در بهبود عملکرد این سیستم ها نقش بسزایی ایفا می کنند. در این پژوهش نرخ ذخیره سازی انرژی در یک ذخیره ساز حرارتی نهان پوسته و لوله به روش عددی، با استفاده از تکنیک آنتالپی-تخلخل مورد مطالعه قرار گرفت و تاثیر افزایش تعداد لوله های سیال، جا به جا کردن لوله ها به پایین محفظه در آرایش 4 لوله ای، تغییر فاصله لوله های بالایی و استفاده از پره های حرارتی به هم متصل شده محوری، بررسی شد. کانتورهای سرعت و دمای درون محفظه تحلیل شد و مشاهده گردید صرفا با افزایش تعداد لوله ها نمی توان مشکل نرخ انتقال حرارت در پایان فرآیند را افزایش داد و لوله ها بایستی در پایین محفظه جایگذاری شده باشند. همچنین نشان داده شد پره های محوری می توانند باعث کند شدن جریان های جابجایی طبیعی و ایجاد نواحی بدون حرکت در سیال شوند که منجر به افت انتقال حرارت از لوله ها می شود. نتایج شبیه سازی پیش بینی می کند با به کارگیری آرایش چهارلوله ای که در آن لوله ها به سمت پایین و دیواره پوسته تغییر موقعیت داده اند، می توان زمان شارژ 0.95 از ظرفیت مبدل را تا یک چهارم زمان مشابه برای مبدل یک لوله ای، کاهش داد.