Вплив присутності металевого волокна на швидкість зарядки та розрядки термоакумулювального матеріалу з фазовим переходом
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.239065Ключові слова:
термоакумулювальний матеріал з фазовим переходом, парафін, металеве волокно, швидкість нагріву та охолодження, теплопровідністьАнотація
Термоакумулювання енергії грає важливу роль в сонячних енергетичних системах. Застосування термоакумулювального матеріалу з фазовим переходом та підбір добавок для підвищення швидкості акумулювання теплоти є перспективним напрямком збільшення ефективності та надійності таких систем.
Об’єктами дослідження були технічний парафін та композитні термоакумулювальні матеріали на його основі, армовані алюмінієвим та мідним волокном діаметром 30 та 45 мкм, відповідно.
Створено експериментальну установку з циліндричною вимірювальною коміркою, яка розглядалася як модель капсули з термоакумулювальним матеріалом. Проведено експериментальне вимірювання швидкість зміни температури в чистому парафіні та зразках композитних термоакумулювальних матеріалів. Досліджувалися два режими нагріву та охолодження зразків: від 48 до 59 °C (режим с фазовим переходом) та від 30 до 40 °C (режим без фазового переходу).
Час нагріву від 48 до 59 °C склав 13 хв. для зразку парафіну, 11 й 10,5 хв. для зразків парафіну зі вмістом 0,00588 й 0,01780 м3·м−3алюмінієвого волокна, відповідно, та 11 й 8 хв. для зразків парафіну зі вмістом 0,00524 й 0,01380 м3·м−3 мідного волокна, відповідно. Найменший час нагріву від 30 до 40 °C склав 6 хв. для зразка парафіну зі вмістом 0,01380 м3·м−3 мідного волокна у порівнянні з 9 хв. для зразка чистого арафіну.
Підтверджено доцільність застосування мідного волокна як добавки до термоакумулювального матеріалу парафіну для підвищення швидкості зарядки та розрядки термоакумуляторів без їх істотного дорожчання. Присутність металевого волокна в розплавленому парафіні пригнічує підйомно-спадні конвективні токи, тому основним механізмом передачі теплоти стає теплопровідність. Цей факт сприятиме більш швидкому вирівнюванню температурного поля по висоті термоакумулювальних капсул
Посилання
- Javadi, F. S., Metselaar, H. S. C., Ganesan, P. (2020). Performance improvement of solar thermal systems integrated with phase change materials (PCM), a review. Solar Energy, 206, 330–352. doi: https://doi.org/10.1016/j.solener.2020.05.106
- Kahwaji, S., Johnson, M. B., Kheirabadi, A. C., Groulx, D., White, M. A. (2018). A comprehensive study of properties of paraffin phase change materials for solar thermal energy storage and thermal management applications. Energy, 162, 1169–1182. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2018.08.068
- Gasia, J., Maldonado, J. M., Galati, F., De Simone, M., Cabeza, L. F. (2019). Experimental evaluation of the use of fins and metal wool as heat transfer enhancement techniques in a latent heat thermal energy storage system. Energy Conversion and Management, 184, 530–538. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2019.01.085
- Nie, C., Deng, S., Liu, J. (2020). Effects of fins arrangement and parameters on the consecutive melting and solidification of PCM in a latent heat storage unit. Journal of Energy Storage, 29, 101319. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101319
- Rostami, S., Afrand, M., Shahsavar, A., Sheikholeslami, M., Kalbasi, R., Aghakhani, S. et. al. (2020). A review of melting and freezing processes of PCM/nano-PCM and their application in energy storage. Energy, 211, 118698. doi: https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118698
- Manoj Kumar, P., Sudarvizhi, D., Stalin, P. M. J., Aarif, A., Abhinandhana, R., Renuprasanth, A. et. al. (2021). Thermal characteristics analysis of a phase change material under the influence of nanoparticles. Materials Today: Proceedings, 45, 7876–7880. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2020.12.505
- Karaipekli, A., Biçer, A., Sarı, A., Tyagi, V. V. (2017). Thermal characteristics of expanded perlite/paraffin composite phase change material with enhanced thermal conductivity using carbon nanotubes. Energy Conversion and Management, 134, 373–381. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.12.053
- Li, M., Mu, B. (2019). Effect of different dimensional carbon materials on the properties and application of phase change materials: A review. Applied Energy, 242, 695–715. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.03.085
- Atinafu, D. G., Yun, B. Y., Wi, S., Kang, Y., Kim, S. (2021). A comparative analysis of biochar, activated carbon, expanded graphite, and multi-walled carbon nanotubes with respect to PCM loading and energy-storage capacities. Environmental Research, 195, 110853. doi: https://doi.org/10.1016/j.envres.2021.110853
- Grosu, Y., Zhao, Y., Giacomello, A., Meloni, S., Dauvergne, J.-L., Nikulin, A. et. al. (2020). Hierarchical macro-nanoporous metals for leakage-free high-thermal conductivity shape-stabilized phase change materials. Applied Energy, 269, 115088. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2020.115088
- Prieto, C., Lopez-Roman, A., Martínez, N., Morera, J. M., Cabeza, L. F. (2021). Improvement of Phase Change Materials (PCM) Used for Solar Process Heat Applications. Molecules, 26 (5), 1260. doi: https://doi.org/10.3390/molecules26051260
- Pan, M., Lai, W. (2017). Cutting copper fiber/paraffin composite phase change material discharging experimental study based on heat dissipation capability of Li-ion battery. Renewable Energy, 114, 408–422. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2017.07.004
- Zhelezny, V., Motovoy, I., Khliyeva, O., Lukianov, N. (2019). An influence of Al2O3 nanoparticles on the caloric properties and parameters of the phase transition of isopropyl alcohol in solid phase. Thermochimica Acta, 671, 170–180. doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2018.11.020
- Zhelezny, V., Khliyeva, O., Motovoy, I., Lukianov, N. (2019). An experimental investigation and modelling of the thermal and caloric properties of nanofluids isopropyl alcohol - Al2O3 nanoparticles. Thermochimica Acta, 678, 178296. doi: https://doi.org/10.1016/j.tca.2019.05.011
- Khliyeva, O. Ya., Nikulin, A. G., Zhelezny, V. P., Paskal, A. A., Semenyuk, Yu. V. (2021). Thermal conductivity of metal wool armored phase change materials for thermal energy storage. Int. conf.: Functional materials for innovative energy. Kyiv, 8.
- Punniakodi, B. M. S., Senthil, R. (2021). A review on container geometry and orientations of phase change materials for solar thermal systems. Journal of Energy Storage, 36, 102452. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2021.102452
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2021 Olga Khliyeva, Vitaly Zhelezny, Aleksey Paskal, Yana Hlek, Dmytro Ivchenko
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.
Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.
