Orientador: Kamal A. R. Ismail

Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica

Resumo: Esta pesquisa apresenta o modelo analítico e as predições numéricas de uma unidade de armazenamento térmico com tubos aletados axialmente e comparada a uma unidade sem aletas. No sistema estudado, o material de mudança de fase é colocado na carcaça. Os tubos aletados axialmente são...

Resumo: Esta pesquisa apresenta o modelo analítico e as predições numéricas de uma unidade de armazenamento térmico com tubos aletados axialmente e comparada a uma unidade sem aletas. No sistema estudado, o material de mudança de fase é colocado na carcaça. Os tubos aletados axialmente são igualmente espaçados num arranjo triangular extendendo ao longo do eixo da unidade. Os tubos de alimentação e descarga são conectados a unidade. A formulação matemática é baseada numa análise bidimensional para o problema de mudança de fase em torno de um cilindro aletado externamente, a equação da energia é escrita na forma entálpica e o processo de transferência de calor é regido por condução pura. O calor sensível armazenado no material de mudança de fase é desprezível quando comparado ao seu calor latente. A temperatura de entrada do fluido de trabalho na unidade de armazenamento de calor é assumida constante em função do tempo. O coeficiente de transferência de calor entTe o fluido e o tubo aletado é considerado constante ao longo da parede do tubo. A solução numérica da equação da energia é baseada no método de volume finito e o esquema ADI. O acoplamento do problema acima mencionado com o fluxo do fluido de trabalho é obtido pelo balanço de energia no elemento de fluido e assim obtendo a temperatura média de mistura em função do tempo e da posição. . Os resultados numéricos mostram os efeitos do comprimento, espessura e número de aletas, efetividade e NTU. São também incluídas comparações entre o tubo aletado e sem aletas

Abstract: In this research are presented the analytical model and numerical predictions of axially finned PCM storage unit together with comparisons of a PCM storage unit without fins. In the studied case, the phase change material (PCM) was put in the shell. The axial finned tubes are located in...

Abstract: In this research are presented the analytical model and numerical predictions of axially finned PCM storage unit together with comparisons of a PCM storage unit without fins. In the studied case, the phase change material (PCM) was put in the shell. The axial finned tubes are located in equally spaced triangular arrangement extending along the axis of the tank between its covering ends. Feeding and discharge tubes are connected to the tank. The mathematical formulation is based upon two dimensional analysis for the phase change problem around an externally finned cylinder, where the energy equation is written in its enthalpic form and heat transfer process is controlled by pure conduction. The sensible heat transfer part of the phase change material was considered negligible compared with its latent heat. The working fluid inlet temperature of the storage tank is assumed constant with time and heat transfer coefficient between the fluid and the wall is considered constant'along the finned tube. The numerical solutions of the energy equation was based upon the control volume technique and ADI scheme. Coupling the above problem with the flow problem is achieved by performing an energy balance on the fluid element inside the tube and hence determine the fluid bulk temperature as a function of time and location along the finned tube. The numerical results show the effect of fins length, number of fins, fins thickness, effectiveness and NTU. Comparison between finned und unfinned cases is also included.