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En modelado numérico de mejora de rendimiento térmico de un sistema de almacenamiento de energía térmica utilizando un material de cambio de fase y una espuma porosa

Autores: Mabrouk, Riheb; Naji, Hassane; Dhahri, Hacen; Younsi, Zouhir

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2022

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Acceso abierto

Artículo científico
2022

En modelado numérico de mejora de rendimiento térmico de un sistema de almacenamiento de energía térmica utilizando un material de cambio de fase y una espuma porosa


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería de Sistemas

Palabras clave

Completo
Análisis numérico
Espuma metálica
Condición LTNE
Generación de entropía
Porosidad

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 21

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
En esta investigación, se ha realizado un análisis numérico integral del flujo involucrado en un canal recto de extremo abierto completamente lleno con una espuma metálica porosa saturada con un material de cambio de fase (parafina) utilizando un método de Boltzmann de lattice de tiempo de relajación único (SRT-LBM) a escala del volumen elemental representativo (REV). Se ha empleado un enfoque basado en entalpía con tres funciones de densidad para hacer frente a las ecuaciones gobernantes bajo la condición de no equilibrio térmico local (LTNE). El código interno ha sido validado mediante una comparación con un caso previo en la literatura. Los efectos de la densidad de poros por pulgada (PPI) y la porosidad de la estructura metálica fueron analizados durante los fenómenos de fusión/solidificación a dos números de Reynolds (Re = 200 y 400). Los hallazgos relevantes se discuten para la intensidad de LTNE y la tasa de generación de entropía (Ns). A través de las simulaciones, la hipótesis de LTNE resultó ser segura y válida. Además, es máximo para un valor bajo de PPI (=10) cualquiera que sean los parámetros considerados. Por otro lado, se recomienda una alta porosidad (=0.9) para reducir la irreversibilidad del sistema. Sin embargo, a un Re moderado (=200), un bajo PPI (=10) sería apropiado para mitigar la irreversibilidad del sistema durante el caso de carga, mientras que un valor alto (PPI = 60) podría ser recomendado para el caso de descarga. En este contexto, se puede afirmar que durante el periodo de fusión, una baja porosidad (=0.7) con un bajo PPI (=10) mejora el rendimiento térmico, reduce la irreversibilidad del sistema y acelera la velocidad de fusión, mientras que para una alta porosidad (=0.9), debería utilizarse un PPI moderado (=30) durante el proceso de fusión para lograr un sistema óptimo.

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