Skip to main content
SUPERVISOR
Arjomand Mehrabani zeinabad,Nasrin Etesami
ارجمند مهربانی زین آباد (استاد مشاور) نسرین اعتصامی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Omid Rostami
امید رستمی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Investigation of Thermal Energy Storage Performance of Encapsulated Phase Change Materials (EPCMs) in a Spouted-Bed
Latent Thermal Energy Storage (LTES) has a broader application compared to sensible heat and chemical energy due to higher energy density and energy storage and release in isothermal conditions. In this regard, the encapsulated phase change material (PCM) plays a significant role in preventing leakage and increasing heat transfer. One of the most practical examples of thermal energy storage is solar energy storage based on a fixed bed, fluidized bed, and spouted bed. Despite the advantages of spouted beds over fixed and fluidized beds, no research has been conducted on the thermal energy storage performance of phase change materials in spouted beds. Therefore, in the first step of this study, the thermal storage performance of a granular encapsulated phase change material (GR42) was investigated in a spouted bed under different operating conditions. So firstly, the influence of the increasing mass of PCM in the spouted bed (50 and 90 gr) and excess air velocity of 1/3 times over the minimum spouting velocity on the energy storage efficiency was investigated. Then, the influence of the increasing inlet airflow rate at a constant temperature, and the increasing inlet air temperature at a constant airflow rate on the energy storage efficiency was investigated. The results showed that increasing the mass of PCM in the bed results in a 16% increase in energy storage efficiency. Increasing the airflow rate at a constant temperature and inlet air temperature at a constant airflow rate decreased energy storage efficiency by 45% and 42%, respectively, during the charging process. Analysis of the influence of the mean particle size of PCM on the energy storage showed that spout airflow rate increased by increasing the mean particle size, which reduced the energy storage time. Thereby, the bed remained at a certain temperature for a longer period. This was also experienced in fine and coarse particles mixture, so using the particle mixture in the applications that require remaining at a certain temperature is a better option. Also, a comparison was conducted between energy storage performance of fixed, fluidized, and spouted beds under constant conditions. Experimental results showed that the storage efficiency of the spouted was 48% and 21% higher than fixed and fluidized beds, respectively. In the end, a sample of encapsulated phase change materials was produced in the laboratory, and its thermal energy storage performance in the spouted bed was evaluated and compared with the commercial sample. The results of the study between the commercial and the laboratory material showed that the laboratory material had 35% better performance in energy storage. The higher energy storage efficiency of the laboratory encapsulated material, along with lower weight and density compared to the commercial one, demonstrates the high capability of the produced material for use in solar energy storage systems or building panels.
(فارسی) ذخیره‌‌سازی انرژی گرمایی نهان (LTES) در مقایسه با انرژی گرمایی محسوس و انرژی شیمیایی، به‌دلیل چگالی انرژی بالاتر و ذخیره و رهاسازی انرژی در شرایط همدما، کارکرد گسترده‌تری دارد. در این راستا مواد تغییر فاز دهنده (PCM) کپسوله شده جهت جلوگیری از نشتی و افزایش انتقال گرما نقش عمده‌ای ایفا می‌کند. از کاربردی‌ترین سامانه‌های ذخیره‌سازی انرژی گرمایی میتوان به ذخیره‌سازهای انرژی گرمایی مبتنی بر بسترهای ثابت، بسترهای سیالی و بسترهای فورانی اشاره کرد. علی‌رغم مزایای بسترهای فورانی نسبت به بسترهای ثابت و سیالی، هیچ‌گونه پژوهشی بر عملکرد ذخیره‌سازی انرژی گرمایی مواد تغییر فاز دهنده در بسترهای فورانی صورت نگرفته است. لذا در این پژوهش، در ابتدا عملکرد ذخیره‌سازی انرژی گرمایی یک نمونه ماده تغییر فاز دهنده کپسوله شده تجاری (GR42) در بستر فورانی تحت شرایط مختلف عملیاتی مورد بررسی آزمایشگاهی قرار گرفت. در این راستا، نخست تأث?ر افزایش م?زان ماده تغ??ر فاز دهنده موجود در بستر (50 و90 گرم) و سرعت 3/1 برابر کمینه سرعت فوران هوای ورودی، بر ذخ?رهسازی انرژی بستر مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس با ثابت نگاه داشتن دبی، تأثیر افزایش دمای هوای ورودی به بستر (50 و 60 درجه سانتیگراد) و نیز با ثابت نگاه داشتن دما، تأث?ر افزا?ش دب? هوای ورودی به بستر (3/1 و 5/1 برابر سرعت کمینه فوران) بر ذخ?ره‌سازی انرژی گرمایی در بستر بررسی شد. نتایج بدست آمده نشان داد که افزایش میزان ماده موجود در بستر منجربه افزایش 16 درصدی بازده ذخیره‌سازی انرژی می‌شود. افزا?ش دب? و دمای هوای ورودی به بستر به‌ترتیب باعث کاهش 45 و 42 درصدی بازده ذخیره‌سازی انرژی در طی فرآیند گرمایش ‌شد. بررسی تأث?ر متوسط اندازه ذرات ماده تغ??ر فاز دهنده در بستر فوران? بر ذخ?رهسازی انرژی نشان داد، افزایش اندازه ذرات منجربه افزایش دبی مورد نیاز برای فورانی شدن بستر می‌شود و در نتیجه نه‌تنها باعث کاهش مدت زمان ذخیره‌سازی، بلکه باعث شد بستر برای مدت زمان طولانی‌تری در مقدار مشخصی از دما، ثابت بماند. این رفتار در بستر حاوی مخلوط ذرات ریز و درشت نیز تجربه شد، لذا استفاده از مخلوط ذرات در کاربردهایی که ن?از است دما برای مدت? در حد مشخص? ثابت بماند، گز?نه مناسب‌تری است. همچنین نتایج مقا?سه‌ بین عملکرد ذخیره‌سازی انرژی بسترهای ثابت، سیالی و فورانی در شرایط ثابت، نشان دهنده بالاتر بودن بازده ذخیره‌سازی بستر فورانی نسبت به بسترهای ثابت و سیالی به ترتیب به میزان 48 و 21 درصد است. در پایان، نمونه‌ای از مواد تغییر فاز دهنده کپسوله شده به‌صورت آزمایشگاهی تهیه شد و عملکرد ذخیره‌سازی انرژی آن در بستر فورانی مورد ارزیابی قرار گرفت و با نمونه تجاری مقایسه گردید. نتایج مقا?سه‌ بین نمونه تجاری و نمونه آزمایشگاهی نشان داد که نمونه آزمایشگاهی 35 درصد عملکرد بهتری نسبت به نمونه تجاری در ذخیره‌سازی انرژی دارد. بازده با?تر ذخ?ره‌سازی انرژی کپسوله‌های ته?ه شده در آزمایشگاه، در کنار چگال? و وزن پا??ن‌‌تر ا?ن مواد در مقا?سه با نمونه تجاری، توانایی بالای نمونه تهیه شده را برای استفاده در سیستم‌های ذخیره‌ساز انرژی خورشیدی و یا پنل‌های ساختمانی نشان می‌دهد.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی