Аналіз теплових характеристик композиту на основі парафіну/поліетилену високої щільності (ПЕВЩ) в якості формостійкого матеріалу з фазовим переходом (ФСМФП) для зберігання теплової енергії
DOI:
https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.273437Ключові слова:
зарядка, розрядка, прихована теплота, парафін, МФП, полімер, переохолодження, накопичення теплаАнотація
Дана робота присвячена формостійкості парафіну в якості матеріалу з фазовим переходом (МФП) за рахунок додавання поліетилену високої щільності (ПЕВЩ). Метою додавання ПЕВЩ є отримання стабільної форми парафіну при фазовому переході. Крім того, поліпшення робочих характеристик МФП призводить до покращення роботи накопичувача прихованої теплоти з оптимальною тривалістю зарядки і часом відгуку. У дослідженні використовували ПЕВЩ у співвідношенні 5 мас. %, 10 мас. % і 15 мас. %. Результати вказують на суттєві відмінності між формостійким МФП (ФСМФП) та чистим парафіном. Наприклад, при додаванні ПЕВЩ ступінь переохолодження знижується, причому ступінь переохолодження парафіну становить 8,01 °C, в той час як ФСМФП з 15 мас. % ПЕВЩ має ступінь переохолодження 3,73 °C. Прихована теплота плавлення при додаванні 10 мас. % і 15 мас. % ПЕВЩ незначно знижується на 1,85 %, що набагато нижче порівняно з додаванням 5 мас.% ПЕВЩ, що зменшує приховану теплоту плавлення приблизно на 6,02 %. Додавання ПЕВЩ призводить до швидшого процесу зарядки та кращого часу відгуку в процесі розрядки. При додаванні 15 мас. % ПЕВЩ швидкість зарядки значно збільшується з істотним приростом близько 40 % при середній швидкості зарядки 2,39 °C/хв. Тепловиділення в процесі розрядки збільшується для ФСМФП з 5 мас. % ПЕВП, причому температура падає більш ніж на 70 °C протягом 20 хвилин. Отримані дані свідчать про те, що додавання ПЕВЩ сприяє зниженню ступеня переохолодження та забезпеченню стійкого фазового переходу. Таким чином, процес теплообміну парафіну є більш сприятливим, що покращує продуктивність накопичувача прихованої теплоти. Крім того, робота може бути значно покращена за рахунок забезпечення більш швидкого процесу зарядки та розрядки
Спонсор дослідження
- The authors were grateful to The Ministry of Education, Culture, Research, and Technology the Republic of Indonesia as being the funder of research under scheme Penelitian Dasar Unggulan Perguruan Tinggi 2022 and Reza Abdu Rahman from Universitas Pancasila for supporting the study
Посилання
- Ismail, I., Mulyanto, A. T., Rahman, R. A. (2022). Development of free water knock-out tank by using internal heat exchanger for heavy crude oil. EUREKA: Physics and Engineering, 4, 77–85. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002502
- Ismail, I., John, J., Pane, E. A., Maulana, R., Rahman, R. A., Suwandi, A. (2021). Experimental Evaluation for The Feasibility of Test Chamber in The Open-Loop Wind Tunnel. WSEAS transactions on fluid mechanics, 16, 120–126. doi: https://doi.org/10.37394/232013.2021.16.12
- Ismail, I., Pane, E. A., Haryanto, G., Okviyanto, T., Rahman, R. A. (2021). A Better Approach for Modified Bach-Type Savonius Turbine Optimization. International Review of Aerospace Engineering (IREASE), 14 (3), 159. doi: https://doi.org/10.15866/irease.v14i3.20612
- Hu, M., Yan, Z., Peng, L., Guo, N., Liu, Z. (2019). Optimization of preparation and analysis of Paraffin/SiO2 composite PCMs via sol-gel method. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 242, 032005. doi: https://doi.org/10.1088/1755-1315/242/3/032005
- Innovation Outlook: Thermal Energy Storage. IRENA. Available at: https://www.irena.org/publications/2020/Nov/Innovation-outlook-Thermal-energy-storage
- Rahmalina, D., Adhitya, D. C., Rahman, R. A., Ismail, I. (2021). Improvement the performance of composite PCM paraffin-based incorporate with volcanic ash as heat storage for low-temperature application. EUREKA: Physics and Engineering, 1, 53–61. doi: https://doi.org/10.21303/2461-4262.2022.002055
- Tunggul Ismail, A., Ismail, I., Abdu Rahman, R. (2022). Increasing the reliability of biomass solid fuel combustion using a combined regenerative heat exchanger as an indirect burner. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (8 (119)), 53–61. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.265803
- Khademi, A., Shank, K., Mehrjardi, S. A. A., Tiari, S., Sorrentino, G., Said, Z. et al. (2022). A brief review on different hybrid methods of enhancement within latent heat storage systems. Journal of Energy Storage, 54, 105362. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2022.105362
- Zhang, P., Meng, Z. N., Zhu, H., Wang, Y. L., Peng, S. P. (2017). Melting heat transfer characteristics of a composite phase change material fabricated by paraffin and metal foam. Applied Energy, 185, 1971–1983. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2015.10.075
- Agarwal, A., Sarviya, R. M. (2017). Characterization of Commercial Grade Paraffin wax as Latent Heat Storage material for Solar dryers. Materials Today: Proceedings, 4 (2), 779–789. doi: https://doi.org/10.1016/j.matpr.2017.01.086
- Suyitno, B. M., Rahmalina, D., Rahman, R. A. (2023). Increasing the charge/discharge rate for phase-change materials by forming hybrid composite paraffin/ash for an effective thermal energy storage system. AIMS Materials Science, 10 (1), 70–85. doi: https://doi.org/10.3934/matersci.2023005
- Tang, Y., Su, D., Huang, X., Alva, G., Liu, L., Fang, G. (2016). Synthesis and thermal properties of the MA/HDPE composites with nano-additives as form-stable PCM with improved thermal conductivity. Applied Energy, 180, 116–129. doi: https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.07.106
- Zhang, L., Dong, J. (2017). Experimental study on the thermal stability of a paraffin mixture with up to 10,000 thermal cycles. Thermal Science and Engineering Progress, 1, 78–87. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2017.02.005
- Rahman, R. A., Lahuri, A. H., Ismail (2023). Thermal stress influence on the long-term performance of fast-charging paraffin-based thermal storage. Thermal Science and Engineering Progress, 37, 101546. doi: https://doi.org/10.1016/j.tsep.2022.101546
- Gandhi, M., Kumar, A., Elangovan, R., Meena, C. S., Kulkarni, K. S., Kumar, A. et al. (2020). A Review on Shape-Stabilized Phase Change Materials for Latent Energy Storage in Buildings. Sustainability, 12 (22), 9481. doi: https://doi.org/10.3390/su12229481
- Chen, P., Gao, X., Wang, Y., Xu, T., Fang, Y., Zhang, Z. (2016). Metal foam embedded in SEBS/paraffin/HDPE form-stable PCMs for thermal energy storage. Solar Energy Materials and Solar Cells, 149, 60–65. doi: https://doi.org/10.1016/j.solmat.2015.12.041
- Sciacovelli, A., Navarro, M. E., Jin, Y., Qiao, G., Zheng, L., Leng, G. et al. (2018). High density polyethylene (HDPE) – Graphite composite manufactured by extrusion: A novel way to fabricate phase change materials for thermal energy storage. Particuology, 40, 131–140. doi: https://doi.org/10.1016/j.partic.2017.11.011
- Wu, M. Q., Wu, S., Cai, Y. F., Wang, R. Z., Li, T. X. (2021). Form-stable phase change composites: Preparation, performance, and applications for thermal energy conversion, storage and management. Energy Storage Materials, 42, 380–417. doi: https://doi.org/10.1016/j.ensm.2021.07.019
- Rahmalina, D., Rahman, R. A., Ismail (2022). Increasing the rating performance of paraffin up to 5000 cycles for active latent heat storage by adding high-density polyethylene to form shape-stabilized phase change material. Journal of Energy Storage, 46, 103762. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2021.103762
- Gibb, D., Seitz, A., Johnson, M., Romani, J., Gasia, J., Cabeza, L. F. et al. (2018). Applications of Thermal Energy Storage in the Energy Transition. IEA-ECES. Available at: https://iea-es.org/wp-content/uploads/public/Applications-of-Thermal-Energy-Storage-in-the-Energy-Trenasition-Annex-30_Public-Report.pdf
- Majewski, K., Mantell, S. C., Bhattacharya, M. (2020). Relationship between morphological changes and mechanical properties in HDPE films exposed to a chlorinated environment. Polymer Degradation and Stability, 171, 109027. doi: https://doi.org/10.1016/j.polymdegradstab.2019.109027
- Safari, A., Saidur, R., Sulaiman, F. A., Xu, Y., Dong, J. (2017). A review on supercooling of Phase Change Materials in thermal energy storage systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 70, 905–919. doi: https://doi.org/10.1016/j.rser.2016.11.272
- Antar, E., Elkhoury, M. (2019). Parametric sizing optimization process of a casing for a Savonius Vertical Axis Wind Turbine. Renewable Energy, 136, 127–138. doi: https://doi.org/10.1016/j.renene.2018.12.092
- Sivapalan, B., Neelesh Chandran, M., Manikandan, S., Saranprabhu, M. K., Pavithra, S., Rajan, K. S. (2018). Paraffin wax–water nanoemulsion: A superior thermal energy storage medium providing higher rate of thermal energy storage per unit heat exchanger volume than water and paraffin wax. Energy Conversion and Management, 162, 109–117. doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2018.01.073
- Deng, Z., Li, J., Zhang, X., Yao, F., Shen, C. (2020). Melting intensification in a horizontal latent heat storage (LHS) system using a paraffin / fractal metal matrices composite. Journal of Energy Storage, 32, 101857. doi: https://doi.org/10.1016/j.est.2020.101857
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 Dwi Rahmalina, Almira Rahma Zada, Herni Soefihandini, Ismail, Budhi Muliawan Suyitno
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.
