 |
ذخیره سازی گرمای نهان بستر بسته بندی شده
معرفی
واحدهای ذخیره انرژی حرارتی (TES) برای انباشت انرژی حرارتی از منابع خورشیدی، زمین گرمایی یا گرمای هدر رفته استفاده می‌شوند. ساده ترین واحدهای TES از مخازن آب ساخته می شوند که اغلب در خانه ها یافت می شوند، جایی که انرژی خورشیدی به عنوان گرمای محسوس ذخیره می شود. به این سیستم ها واحدهای ذخیره گرمای محسوس (SHS) می گویند. ظرفیت حرارتی این مخازن را می توان با گنجاندن گرمای نهان افزایش داد که باعث ایجاد واحدهای ذخیره گرمای نهان (LHS) می شود. به طور معمول، مخازن LHS حاوی کپسول های کروی است که با پارافین به عنوان ماده تغییر فاز پر شده است. پارافین یک ماده تغییر فاز مناسب برای تأثیر گرمای نهان است، زیرا نسبتاً ارزان، قابل اعتماد و غیر سمی است و به صورت تجاری برای طیف وسیعی از دماهای ذوب در دسترس است.
این مثال از تحقیقات تجربی موجود در Ref. 1 . این جریان را از طریق یک مخزن ذخیره سازی با بستر بسته بندی شده مدل می کند و شامل اثرات انتقال حرارت با تغییر فاز و عدم تعادل حرارتی محلی در حین شارژ کردن واحد LHS است.
شکل 1: تنظیم مدل.
تعریف مدل
هندسه مدل در شکل 1 نشان داده شده است . هندسه، خواص مواد و شرایط عملیاتی از Ref. 1 . خواص ترموفیزیکی پارافین در جدول 1 آورده شده است .
دارایی مواد | پارافین، جامد | پارافین، مایع |
دمای ذوب، Tm ( °C) | 60 | |
گرمای نهان همجوشی، L (J/kg) | 213 | |
چگالی ρ (kg/ m3 ) | 861 | 778 |
ظرفیت حرارتی، C p (J/(kg·K)) | 1850 | 2384 |
هدایت حرارتی، k (W/(m·K)) | 0.4 | 0.15 |
کپسول های کروی پر از پارافین با قطر d p = 55 میلی متر در مخزنی به قطر 36 سانتی متر و ارتفاع 47 سانتی متر نگهداری می شوند. تخلخل این بستر ε p = 0.49 است. درجه حرارت در ابتدا روی 32 درجه سانتیگراد تنظیم شده است. آب گرم از طریق مخزن با سرعت جریان V در = 2 لیتر در دقیقه جریان می یابد و در طول شارژ حرارتی به طور مداوم توسط یک کلکتور خورشیدی گرم می شود که توان Q u = 375 W را ارائه می دهد. اختلاف دما در ورودی مخزن. و خروجی توسط رابطه داده می شود
(1)
در اینجا T in و T out دماهای ورودی و خروجی هستند و ρ و C p چگالی و ظرفیت گرمایی آب هستند.
معادله ارگون جریان را در بستر پر شده توصیف می کند که افت فشار را به عنوان تابعی از میدان سرعت u تخمین می زند.
در اینجا μ (Pa·s) و ρ (kg/m 3 ) ویسکوزیته و چگالی آب، d p (m) قطر کره و ε p تخلخل است. نفوذپذیری κ (m 2 ) از بستر بسته بندی شده توسط داده شده است
عدد رینولدز را می توان به صورت تخمین زد
(2)
حداکثر سرعت در بستر، v ، حدود 6 میلی‌متر بر ثانیه است، که نشان‌دهنده عدد رینولدز در حدود 600 است. برای این عدد رینولدز، میدان جریان مستقل از توزیع دما فرض می‌شود، به طوری که می‌توان یک میدان ثابت را محاسبه کرد. . این یک ساده سازی منطقی است که تلاش محاسباتی را کاهش می دهد.
قطر نسبی بزرگ کپسول ها در مقایسه با ابعاد مخزن، تفاوت دمای قابل توجهی بین پارافین محصور شده و جریان آب اطراف را نشان می دهد، بنابراین یک رویکرد غیرتعادل حرارتی موضعی (LTNE) در این مثال در نظر گرفته شده است.
گرمای انتقال یافته از کپسول های پر از پارافین به آب با یک منبع حرارتی مدل سازی می شود
در اینجا، Ts و Tf دمای پارافین و آب هستند، و qsf (W/(m3 · K)) ضریب انتقال حرارت همرفتی بینابینی است که برای کپسول‌های کروی نشان می‌دهد .
ضریب انتقال حرارت بینابینی h sf از همبستگی عدد ناسلت پیروی می کند ( برای اطلاعات بیشتر به بخش عدم تعادل حرارتی محلی تحت تئوری انتقال حرارت در محیط متخلخل در راهنمای کاربر ماژول انتقال حرارت مراجعه کنید). همرفت درون کپسول نادیده گرفته می شود، بنابراین پارافین به عنوان مایع جامد یا غیر متحرک در نظر گرفته می شود.
نتایج و بحث
دمای مخزن پس از تقریباً 11 ساعت به 70 درجه سانتیگراد می رسد. توزیع سرعت و دمای حاصل در شکل 2 نشان داده شده است .
شکل 2: میدان سرعت (روشن) با رنگ خاکستری که نشان دهنده میدان فشار و دما (محاسبات رنگ) پس از 13 ساعت است.
شکل 3 تکامل دمای پارافین، دمای آب و دمای میانگین وزنی (متخلخل-متوسط) را نشان می دهد. در طول تغییر فاز، پارافین کپسوله شده در تعادل حرارتی با آب اطراف نیست. اندازه گیری دمای آب در ورودی یا خروجی اطلاعات دقیقی در مورد دمای داخل کپسول و فازی که موم پارافین در آن قرار دارد به دست نمی دهد.
شکل 3: تکامل آب (نقطه دار)، پارافین (نقطه دار) و متوسط دمای محیط متخلخل (جامد) در طول تغییر فاز برای موقعیت بالا (قرمز)، مرکز (سبز) و پایین (آبی).
شکل 4 توزیع فاز را پس از 7 ساعت نشان می دهد. در نزدیکی دیوارها، جایی که سرعت جریان ناچیز است، انتقال فاز هنوز آغاز نشده است، در حالی که قبلاً در مرکز مخزن تکمیل شده است.
شکل 4: توزیع فاز جامد (آبی) و فاز مایع (زرد) پس از 7 ساعت.
تکامل توزیع فاز پارافین در شکل 5 نشان داده شده است . زمانی که آب تا دمای ذوب 60 درجه سانتی گراد گرم می شود، حدود 4 ساعت شروع می شود. پارافین بعد از حدود 10 ساعت کاملاً مذاب می شود.
مخزن ذخیره گرمای نهان به محض رسیدن به دمای 70 درجه سانتیگراد در همه جا کاملاً شارژ در نظر گرفته می شود که تقریباً پس از 11 ساعت اتفاق می افتد.
شکل 5: توزیع فاز پس از 4، 6، 8 و 10 ساعت.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
زمان لازم برای شارژ حرارتی مخزن از قبل مشخص نیست. برای جلوگیری از محاسبه گام های زمانی بیش از حد، از یک شرط توقف استفاده می شود که شبیه سازی را پس از رسیدن به دمای 70 درجه سانتیگراد در همه جای مخزن متوقف می کند.
ارجاع
1. N. Nallusamy و دیگران، “مطالعه عملکرد یک واحد ذخیره سازی انرژی حرارتی گرمای نهان بستر بسته بندی شده یکپارچه با سیستم گرمایش آب خورشیدی،” Journal of Zhejiang University-SCIENCE A , vol. 7، ص 1422-1430، 2006.
مسیر کتابخانه برنامه: Porous_Media_Flow_Module/Heat_Transfer/packed_bed_latent_heat_storage
دستورالعمل های مدل سازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Fluid Flow> Porous Media and Subsurface Flow> Free and Porous Media Flow (fp) را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در درخت Select Physics ، Heat Transfer>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht) را انتخاب کنید . |
5 | روی افزودن کلیک کنید . |
6 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
7 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
8 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
هندسه را از یک فایل وارد کنید.
واردات 1 (imp1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  واردات کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای واردات ، بخش واردات را پیدا کنید . |
3 |  روی Browse کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل packed_bed_latent_heat_storage.mphbin دوبار کلیک کنید . |
5 |  روی Import کلیک کنید . |
6 |  روی Build All Objects کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهایی را اضافه کنید که برای تنظیم مدل استفاده می شود.
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | ارزش | شرح |
dp | 55[mm] | 0.055 متر | قطر PCM محصور شده |
توسط | 0.49 | 0.49 | تخلخل بستر |
V_in | 2 [l/min] | 3.3333E-5 m³/s | نرخ جریان |
T0 | 32 [درجه سانتیگراد] | 305.15 K | دمای اولیه |
چی | 375[W] | 375 وات | قدرت گرمایش خورشیدی |
rho_off | (861[kg/m^3]+778[kg/m^3])/2 | 819.5 کیلوگرم بر متر مکعب | میانگین چگالی پارافین |
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
پارافین، جامد
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Materials راست کلیک کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، پارافین را در قسمت نوشتار برچسب جامد تایپ کنید . |
پارافین، مایع
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، پارافین، مایع را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
پشم شیشه
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Glass Wool را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
مواد متخلخل 1 (pmat1)
1 | روی Materials کلیک راست کرده و More Materials>Porous Material را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
راه اندازی رابط های فیزیکی را ادامه دهید. پس از آن می توانید خواص مواد مورد نیاز را پر کنید.
جریان رسانه آزاد و متخلخل (FP)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Free and Porous Media Flow (fp) کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-3 را انتخاب کنید. |
متخلخل متوسط 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Porous Medium را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
با توجه به معادله 2 ، معادله ارگون بهترین توصیف را از رفتار جریان در بستر می دهد.
3 | در پنجره Settings for Porous Medium ، بخش Porous Medium را پیدا کنید . |
4 | از لیست مدل جریان ، جریان غیردارسی را انتخاب کنید . |
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست مدل نفوذپذیری ، Ergun را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن d p ، dp را تایپ کنید . |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
راه اندازی رابط انتقال حرارت را ادامه دهید.
مایع 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht) روی Fluid 1 کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1 و 3 را انتخاب کنید. |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
متخلخل متوسط 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید و Porous Medium را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره Settings for Porous Medium ، بخش Porous Medium را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع متوسط متخلخل ، Local thermal nonequilibrium را انتخاب کنید . |
5 | از لیست ضریب انتقال حرارت همرفتی بینابینی ، گلوله های کروی را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن d pe ، dp را تایپ کنید . |
برای یک محیط متخلخل که در تعادل حرارتی نیست، دمای اولیه برای هر جزء از محیط متخلخل باید مشخص شود.
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht)>Porous Medium 1>Fluid 1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
تداوم 1
فیلد دمای فاز سیال به طور پیش فرض پیوسته با حوزه های اطراف در نظر گرفته می شود.
ماتریس متخلخل 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids (ht)>Porous Medium 1 روی Porous Matrix 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ماتریس متخلخل ، بخش ویژگی های ماتریس را پیدا کنید . |
3 | از لیست تعریف ، خواص فاز جامد را انتخاب کنید . |
مقادیر اولیه 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Porous Matrix 1 را گسترش دهید ، سپس روی مقادیر اولیه 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقادیر اولیه ، قسمت مقادیر اولیه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن T ، T0 را تایپ کنید . |
میدان دمای فاز جامد به طور پیش فرض به عنوان عایق از حوزه های اطراف در نظر گرفته می شود.
ماتریس متخلخل 1
در پنجره Model Builder ، روی Porous Matrix 1 کلیک کنید .
ماده تغییر فاز 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Phase Change Material را انتخاب کنید . |
در این فرآیند تغییر فاز جامد-جامد، چگالی ثابت باقی می ماند که یک ساده سازی منطقی است. از مقدار متوسط چگالی پارافین مایع و جامد استفاده می شود که در لیست پارامترها محاسبه می شود.
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد تغییر فاز ، بخش تغییر فاز را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی T pc , 1 → 2 ، 60[degC] را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی Δ T 1 → 2 ، 2[K] را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی L 1 → 2 ، 213[kJ/kg] را تایپ کنید . |
6 | قسمت فاز 1 را پیدا کنید . از لیست مواد، فاز 1 ، Paraffin, solid (mat2) را انتخاب کنید . |
7 | قسمت فاز 2 را پیدا کنید . از لیست مواد، فاز 2 ، پارافین، مایع (mat3) را انتخاب کنید . |
چند فیزیک
جریان غیر گرمایی 1 (nitf1)
در نوار ابزار Physics ، روی Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal Flow را انتخاب کنید تا جریان رسانه آزاد و متخلخل با رابط انتقال حرارت در جامدات و سیالات ترکیب شود.
Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Nonisothermal Flow را انتخاب کنید تا جریان رسانه آزاد و متخلخل با رابط انتقال حرارت در جامدات و سیالات ترکیب شود.مواد
اکنون، خواص مواد باقیمانده را پر کنید. از آنجایی که شما فیزیک را تنظیم کرده اید، نرم افزار به طور خودکار تشخیص می دهد که کدام ویژگی برای شبیه سازی مورد نیاز است.
پارافین جامد (mat2)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Materials روی Paraffin, solid (mat2) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.4 | W/(m·K) | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 1850 | J/(kg·K) | پایه ای |
پارافین مایع (mat3)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Paraffin, liquid (mat3) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.15 | W/(m·K) | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 2384 | J/(kg·K) | پایه ای |
پشم شیشه (مت4)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Glass Wool (mat4) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Material ، قسمت Material Contents را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
رسانایی گرمایی | k_iso ; kii = k_iso، kij = 0 | 0.025 | W/(m·K) | پایه ای |
تراکم | rho | 850 | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
ظرفیت گرمایی در فشار ثابت | Cp | 1250 | J/(kg·K) | پایه ای |
مواد متخلخل 1 (pmat1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Porous Material 1 (pmat1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد متخلخل ، قسمت Phase-Specific Properties را پیدا کنید . |
3 |  روی Add Required Phase Nodes کلیک کنید . |
مایع 1 (pmat1.fluid1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Fluid 1 (pmat1.fluid1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Fluid ، قسمت Fluid Properties را پیدا کنید . |
3 | از لیست مواد ، آب، مایع (mat1) را انتخاب کنید . |
جامد 1 (pmat1.solid1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Solid 1 (pmat1.solid1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid ، بخش Solid Properties را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن θ s ، 1-por را تایپ کنید . |
4 | بخش محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
تراکم | rho | rho_off | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
تخلخل | اپسیلون | 0.49 | 1 | مدل متخلخل |
جریان رسانه آزاد و متخلخل (FP)
با اعمال شرایط مرزی ادامه دهید.
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Free and Porous Media Flow (fp) کلیک کنید .
ورودی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، بخش Boundary Condition را پیدا کنید . |
4 | از لیست، جریان کاملاً توسعه یافته را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fully Developed Flow را پیدا کنید . روی دکمه Flow rate کلیک کنید . |
6 | در قسمت متنی V 0 ، V_in را تایپ کنید . |
7 | قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . روی ایجاد انتخاب کلیک کنید .  |
8 | در کادر محاوره ای Create Selection ، در قسمت متن Selection name Inlet را تایپ کنید . |
9 | روی OK کلیک کنید . این یک انتخاب برای مرز ورودی ایجاد می کند و دوباره در طول تنظیم مدل استفاده می شود. |
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
4 |  روی ایجاد انتخاب کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Create Selection ، Outlet را در قسمت متن Selection name تایپ کنید . |
6 | روی OK کلیک کنید . این یک انتخاب برای مرز خروجی ایجاد می کند و دوباره در طول تنظیم مدل استفاده می شود. |
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی انتقال حرارت در جامدات و سیالات (ht) کلیک کنید .
جریان 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Inflow را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جریان ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Upstream Properties را پیدا کنید . در قسمت متن T ustr ، T_in را تایپ کنید . |
دمای آب در طول فرآیند شارژ با گذشت زمان افزایش می یابد. در حالی که آب از طریق یک حلقه بسته پمپ می شود، توسط یک سیستم خورشیدی گرم می شود. بنابراین شما بعداً متغیر T_in را به عنوان تابعی از دمای خروجی و توان گرمایش خورشیدی با استفاده از معادله 1 تعریف می کنید .
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outflow را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات خروجی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Outlet را انتخاب کنید . |
تعاریف (COMP1)
مخزن توسط محیط اطراف خنک می شود. انتخابی برای مرز بیرونی ایجاد کنید تا شرایط شار حرارتی اعمال شود.
مرز شار حرارتی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Heat Flux Boundary را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | تیک گروه بر اساس مماس پیوسته را انتخاب کنید . |
یکی از مرزهای بیرونی را انتخاب کنید.
انتقال حرارت در جامدات و سیالات (HT)
شار حرارتی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Heat Flux را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شار گرما ، بخش انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مرز شار گرما را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Heat Flux را پیدا کنید . از لیست نوع شار ، شار حرارتی همرفتی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن h ، 5 را تایپ کنید . |
این مقدار یک تقریب خوب برای محاسبه خنک شدن توسط هوای محیط است.
تعاریف (COMP1)
حالا متغیر T_in را تعریف کنید .
میانگین 1 (aveop1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و میانگین را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای میانگین ، بخش انتخاب منبع را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Outlet را انتخاب کنید . |
این عملگر برای محاسبه میانگین دمای خروجی استفاده می شود.
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Definitions کلیک راست کرده و Variables را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
deltaT | Qu/V_in/aveop1(ht.Cp)/aveop1(ht.rho) | ک | افزایش دما |
T_in | aveop1(T)+deltaT | ک | دمای ورودی |
عبارات ht.Cp و ht.rho به ظرفیت گرمایی و چگالی آب همانطور که توسط رابط انتقال حرارت در سیالات تعریف شده است اشاره دارد .
شبکه پیش‌فرض کنترل‌شده با فیزیک به‌طور خودکار این نکته را در نظر می‌گیرد که شیب‌های تند برای سرعت نزدیک به دیوارها وجود دارد. از اندازه مش ریز استفاده کنید تا اثرات حرارتی را نیز به خوبی برطرف کنید.
مش 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | از لیست اندازه عنصر ، Fine را انتخاب کنید . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
از آنجایی که میدان جریان را می توان مستقل از زمان فرض کرد، در اولین مرحله ثابت محاسبه می شود و سپس به عنوان ورودی برای انتقال حرارت در مرحله وابسته به زمان بعدی استفاده می شود.
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی Step 1: Stationary کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Stationary ، بخش Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادر حل برای انتقال حرارت در جامدات و سیالات ( ht ) را پاک کنید . |
4 | در جدول، کادر حل برای جریان غیر گرمایی 1 (nitf1) را پاک کنید . |
وابسته به زمان
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Study Steps کلیک کنید و Time Dependent> Time Dependent را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت Physics and Variables Selection را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادر حل برای جریان رسانه آزاد و متخلخل (fp) را پاک کنید . |
4 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . از لیست واحد زمان ، h را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن زمان خروجی ، محدوده (0,0.25,3.75) range(4,5[min],9) range(9.25,0.25,24) را تایپ کنید . |
پله زمانی به گونه ای انتخاب می شود که تغییر فاز به درستی حل شود.
6 | از لیست Tolerance ، User controlled را انتخاب کنید . |
7 | در قسمت متنی Relative tolerance ، 1e-4 را تایپ کنید . |
راه حل 1 (sol1)
1 | در نوار ابزار مطالعه ، روی  Show Default Solver کلیک کنید . |
2 | در پنجره Model Builder ، گره Solution 1 (sol1) را گسترش دهید ، سپس روی Time-Dependent Solver 1 کلیک کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای حل وابسته به زمان ، کلیک کنید تا بخش Time Steping گسترش یابد . |
4 | از لیست مراحل انجام شده توسط حل کننده ، Strict را انتخاب کنید . |
این حل کننده را مجبور می کند حداقل از مراحل زمانی مشخص شده در بالا استفاده کند.
تعاریف (COMP1)
از یک شرط توقف برای حلگر وابسته به زمان استفاده کنید تا وقتی حداقل دمای مخزن به 70 درجه سانتیگراد رسید، فرآیند شارژ متوقف شود. این به اپراتور کوپلینگ دیگری برای حداقل دما نیاز دارد.
حداقل 1 (minop1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Nonlocal Couplings کلیک کنید و حداقل را انتخاب کنید . |
2 | فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
متغیرهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Variables 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای متغیرها ، بخش متغیرها را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام | اصطلاح | واحد | شرح |
T_min | minop1 (ht.porous.pm.T) | ک | حداقل دما |
مطالعه 1
راه حل 1 (sol1)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Study 1>Solver Configurations>Solution 1 (sol1) روی Time-Dependent Solver 1 کلیک راست کرده و Stop Condition را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای وضعیت توقف ، قسمت عبارات توقف را پیدا کنید . |
3 |  روی افزودن کلیک کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بیان را متوقف کنید | توقف کنید اگر | فعال | شرح |
comp1.T_min > 70[درجه سانتیگراد] | درست (>=1) | √ | توقف بیان 1 |
5 | قسمت Output at Stop را پیدا کنید . از لیست افزودن راه حل ، مرحله پس از توقف را انتخاب کنید . |
6 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
هنگامی که شرط توقف برآورده شد، حل کننده به طور خودکار متوقف می شود. یک پیام هشدار ظاهر می شود و بیان می کند که شرط توقف پس از حدود 38400 ثانیه (حدود 10.7 ساعت) انجام می شود.
نتایج
به طور خودکار 5 نمودار پیش فرض ایجاد می شود. نمودار سرعت و فشار به صورت دو بعدی، نمودار سرعت و دما به صورت سه بعدی بر روی هندسه چرخشی، و نمودار دوبعدی خطوط همدما. آخرین مورد را برای مطابقت با شکل 2 تغییر دهید .
خطوط همدما و خطوط جریانی سرعت
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی خطوط همدما (ht) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دوبعدی ، خطوط همدما و خطوط سرعت را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
کانتور
1 | در پنجره Model Builder ، گره Isothermal Contours & Velocity Streamlines را گسترش دهید ، سپس روی Contour کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Contour ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع Contour ، پر شده را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Levels را پیدا کنید . در فیلد متنی مجموع سطوح ، 15 را تایپ کنید . |
خطوط همدما و خطوط جریانی سرعت
در نوار ابزار Isothermal Contours & Velocity Streamlines ، روی Streamline کلیک کنید .
Streamline کلیک کنید .ساده 1
1 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . |
2 | در قسمت متن شماره ، 10 را تایپ کنید . |
3 | قسمت Selection را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، ورودی را انتخاب کنید . |
بیان رنگ 1
1 | در نوار ابزار Isothermal Contours & Velocity Streamlines ، روی  Color Expression کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Color Expression ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، p را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Linear>GrayScale را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای بیان رنگ ، قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . |
8 | از لیست تبدیل جدول رنگ ، Reverse را انتخاب کنید . |
برش نقطه 2 بعدی 1
برای ایجاد شکل 3 ، با ایجاد یک مجموعه داده جدید شروع کنید، سپس از یک گره Point Evaluation برای ارزیابی دماهای مختلف قبل از ترسیم آنها استفاده کنید.
1 | در نوار ابزار نتایج ، بر روی  Cut Point 2D کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Cut Point 2D ، بخش Point Data را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن r عدد 0 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن z ، 0.05 0.47/2 0.42 را تایپ کنید . |
ارزیابی امتیاز 1
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  Point Evaluation کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ارزیابی نقطه ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Cut Point 2D 1 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expressions را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
ht.porous.pm.T | ک | دمای پارافین |
ht.متخلخل.سیال.T | ک | دمای آب |
تی | ک | متخلخل دمای متوسط |
5 |  روی ارزیابی کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
2 | روی Table Graph در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
نتایج
نمودار جدول 1
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>1D Plot Group 6 ، روی Table Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست ستون‌های Plot ، Manual را انتخاب کنید . |
4 | در لیست ستون ها ، دمای پارافین (K)، نقطه: (0، 0.05) ، دمای پارافین (K)، نقطه: (0، 0.235) و دمای پارافین (K)، نقطه: (0، 0.42) را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست خط ، نقطه نقطه را انتخاب کنید . |
نمودار جدول 2
1 | روی Results>1D Plot Group 6>Table Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | در لیست ستون ها ، دمای آب (K)، نقطه: (0، 0.05) ، دمای آب (K)، نقطه: (0، 0.235) و دمای آب (K)، نقطه: (0، 0.42) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Line style را پیدا کنید . از لیست Line ، Dashed را انتخاب کنید . |
5 | از لیست رنگ ، چرخه (بازنشانی) را انتخاب کنید . |
نمودار جدول 3
روی Table Graph 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید .
نمودار جدول 2
1 | قسمت Data را پیدا کنید . در لیست ستون ها ، دمای محیط متخلخل (K)، نقطه: (0، 0.05) ، دمای متوسط متخلخل (K)، نقطه: (0، 0.235) و دمای محیط متخلخل (K)، نقطه: (0، 0.42) را انتخاب کنید. ) . |
2 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . از لیست Line ، Solid را انتخاب کنید . |
تکامل دما
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی 1D Plot Group 6 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Temperature Evolution را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Axis را پیدا کنید . تیک گزینه Manual axis limits را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن x حداقل ، 3.5 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن حداکثر x ، 9.5 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت حداقل y متن، 328 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن حداکثر y ، 344 را تایپ کنید . |
8 | در نوار ابزار Temperature Evolution ، روی  Plot کلیک کنید . |
با شکل 3 مقایسه کنید . شما به وضوح می بینید که پارافین و آب در تعادل حرارتی نیستند، به خصوص در هنگام تغییر فاز پارافین.
مجموعه داده های جدیدی ایجاد کنید که می توانید از آنها برای تجسم میدان توزیع فاز و سرعت در یک نمودار سه بعدی مانند شکل 4 و شکل 5 استفاده کنید .
مطالعه 1 / راه حل 1 (3) (sol1)
در نوار ابزار نتایج ، روی More Datasets کلیک کنید و Solution را انتخاب کنید .
More Datasets کلیک کنید و Solution را انتخاب کنید .انتخاب
1 | در نوار ابزار نتایج ، روی  ویژگی ها کلیک کنید و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
مجموعه داده Revolution را کپی کنید و از آن با مجموعه داده ایجاد شده قبلی استفاده کنید.
انقلاب 2 بعدی 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Revolution 2D کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Revolution 2D ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (3) (sol1) را انتخاب کنید . |
گروه طرح سه بعدی 7
در نوار ابزار نتایج ، روی 3D Plot Group کلیک کنید .
3D Plot Group کلیک کنید .جلد 1
1 | روی 3D Plot Group 7 کلیک راست کرده و Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Heat Transfer in Solids and Fluids>Phase change>ht.theta2 – Phase tregues، فاز 2 را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Color Table ، Linear>Cividis را در درخت انتخاب کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
6 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، برای گسترش بخش Range کلیک کنید . |
7 | تیک گزینه Manual color range را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت Maximum text، 1 را تایپ کنید . |
شفافیت 1
1 | روی جلد 1 کلیک راست کرده و Transparency را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای شفافیت ، بخش شفافیت را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن شفافیت ، 0.1 را تایپ کنید . |
جلد 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی 3D Plot Group 7 کلیک راست کرده و Volume را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حجم ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از لیست Dataset ، Revolution 2D 2 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
ظاهر مواد 1
1 | روی Volume 2 کلیک راست کرده و Material Appearance را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ظاهر مواد ، بخش ظاهر را پیدا کنید . |
3 | از لیست ظاهر ، سفارشی را انتخاب کنید . |
4 | از لیست نوع مواد ، آلومینیوم را انتخاب کنید . |
گروه طرح سه بعدی 7
در نوار ابزار 3D Plot Group 7 ، روی Streamline کلیک کنید .
Streamline کلیک کنید .ساده 1
1 | در پنجره تنظیمات برای Streamline ، بخش Streamline Positioning را پیدا کنید . |
2 | از لیست موقعیت یابی ، چگالی یکنواخت را انتخاب کنید . |
3 | در قسمت متنی Separating distance ، 0.06 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . زیربخش Point style را پیدا کنید . از لیست نوع ، پیکان را انتخاب کنید . |
5 | کادر شماره فلش را انتخاب کنید . در فیلد متن مرتبط، 120 را تایپ کنید . |
6 | از لیست رنگ ، سفید را انتخاب کنید . |
فاز مایع
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی 3D Plot Group 7 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح سه بعدی ، Liquid Phase را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن عنوان ، عبارت Liquid Phase Saturation (1) و Velocity Streamlines را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی شاخص پارامتر ، Time = eval(t,h) h را تایپ کنید . |
6 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . کادر بررسی لبه های مجموعه داده Plot را پاک کنید . |
7 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست زمان (h) ، 7 را انتخاب کنید . |
8 | در نوار ابزار فاز مایع ، روی  Plot کلیک کنید . |
9 |  روی دکمه Show Grid در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
10 |  روی دکمه Show Axis Orientation در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
11 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
برای بازتولید دنباله نشان داده شده در شکل 5 ، کافیست به نوبه خود از لیست Time (h) مقادیر 4 ، 6 ، 8 و 10 را انتخاب کرده و رسم کنید.
