Investigación sobre la relación óptima de radio de carcasa a tubo de un sistema de almacenamiento de energía de calor latente vertical de carcasa y tubo

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•Se investigó la relación óptima de radio de carcasa a tubo del sistema LHTES.

•Se evaluaron dos configuraciones (radio variable del tubo y radio variable de la carcasa).

•La relación de radio óptima se midió mediante la densidad, la velocidad y la capacidad de almacenamiento de energía.

•La relación de radio óptima es 5 según el análisis durante la carga y descarga.

•La altura de la unidad muestra una influencia insignificante en la relación de radio óptima.

Este estudio tiene como objetivo investigar la relación óptima de radio de carcasa a tubo en un sistema de almacenamiento de energía térmica de calor latente de carcasa y tubo vertical con material de cambio de fase empaquetado en el anillo y fluido de transferencia de calor que circula en el tubo central. Se desarrolla y valida un modelo termodinámico conjugado y luego se aplica para investigar dos series de configuraciones del sistema: variando el radio de la carcasa del material de cambio de fase en un radio fijo del tubo del fluido de transferencia de calor y variando el radio del tubo del fluido de transferencia de calor en un radio fijo de la carcasa. La investigación numérica compara y evalúa la densidad de almacenamiento / recuperación de energía, la tasa de almacenamiento / recuperación de energía y la capacidad de energía total almacenada / recuperada en diferentes relaciones de radio de carcasa a tubo. Los resultados muestran que el comportamiento térmico en ambas series de unidades es muy similar. La relación de radio óptima aumenta ligeramente a medida que aumenta el tiempo total de carga / descarga. La altura de la unidad tiene un efecto suave en la relación de radio óptima en el proceso de carga y una influencia insignificante en el proceso de descarga. Al equilibrar la densidad de almacenamiento / recuperación de energía, la tasa de almacenamiento / recuperación de energía y la capacidad de almacenamiento / recuperación tanto en los procesos de carga como en los de descarga, se encuentra que la relación de radio de carcasa a tubo óptima es de alrededor de 5 para ambas series de configuraciones en el estudio. tiempos totales de carga / descarga.

El almacenamiento de energía térmica (TES) juega un papel fundamental en la reducción del desajuste entre el suministro y la demanda de energía para mejorar la eficiencia general en la utilización de la energía solar. Se han desarrollado muchas tecnologías TES, y el almacenamiento de energía térmica por calor latente (LHTES) es uno de los tipos más prometedores. El sistema LHTES utiliza la transición de fase del medio de almacenamiento para lograr una alta densidad de almacenamiento de energía. Al ser una configuración LHTES prominente, el sistema LHTES de carcasa y tubo ha atraído un gran interés de investigación, muchos de los cuales se dedican a comprender mejor los mecanismos de transferencia de calor en el material de cambio de fase (PCM) y a optimizar las disposiciones de carcasa y tubo (Han et al. , 2017, Tao et al., 2017) y parámetros geométricos (Seddegh et al., 2017). Algunos investigadores (Akgün et al., 2008, Zheng et al., 2018) enfatizan la importancia de la optimización de la configuración del sistema y el diseño geométrico para minimizar la dependencia del material conductivo extra alto y la reducción de la capacidad de almacenamiento de calor. Se han propuesto varias disposiciones de carcasa y tubo y diseños geométricos para mejorar eficazmente el rendimiento térmico de un sistema LHTES de carcasa y tubo & paneles solares.

En un estudio pionero, Cao y Faghri (1991) investigaron numéricamente los parámetros geométricos, incluida la relación de radio (ro / D) y la relación de longitud (L / D) en un sistema LHTES de carcasa y tubo horizontal. Los resultados mostraron que un aumento en ro / D redujo considerablemente la densidad de almacenamiento de energía, mientras que un aumento en L / D impulsó efectivamente la energía total almacenada. Cao y col. (1991) compararon además dos sistemas LHTES horizontales, uno configurado con un flujo de fluido de transferencia de calor anular (HTF) y otro con flujos HTF centrales y anulares. La última configuración mostró un mejor rendimiento de almacenamiento de energía. Una relación longitud / diámetro mayor aumentó el almacenamiento total de energía pero redujo la densidad de almacenamiento de energía. Lacroix (1993) desarrolló un modelo basado en la entalpía y evaluó el efecto de los radios de caparazón y los parámetros operativos HTF en un módulo LHTES cilíndrico horizontal. Concluyó que el tamaño de la carcasa y las condiciones de trabajo deben considerarse cuidadosamente para adquirir un mejor rendimiento térmico.