بررسی عددی انتقال حرارت از یک بلوک باتری با سازه های ساختار مکعبی مرکز سطحی و مرکز حجمی پر شده از مواد تغییر فاز دهنده
محورهای موضوعی : یافته های نوین کاربردی و محاسباتی در سیستم های مکانیکیرسول علیزاده 1 , سوسن خسرویار 2 , سمانه داوودی 3
1 - استادیار، دانشکده مهندسی مکانیک، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران
2 - دانشیار، گروه مهندسی شیمی، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران
3 - استادیار ، دانشکده ریاضی، واحد قوچان، دانشگاه آزاد اسلامی، قوچان، ایران
کلید واژه: انرژی, مواد تغییر فاز دهنده, انتقال حرارت, باتری, شبیه سازی ,
چکیده مقاله :
محیط زیست و منابع انرژی تجدید ناپذیر، پژوهشگران را بر آن داشته تا با تبیین شیوه های نوین، راهکارهایی به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی در حوزه های گوناگون ارایه دهند. یکی از مواردی که این روزها بیش از پیش مورد توجه پژوهشگران قرارگرفته است، استفاده از مواد تغییرفازدهنده در حوزه باتری ها است. در طرح حاضر بنا است تا تاثیر استفاده از این مواد در بررسی انتقال حرارت از یک بلوک باتری با ساختارهای مکعبی مرکز سطحی و مرکز حجمی بررسی گردد. این پژوهش در سه حالت بررسی مورد بررسی قرار میگیرد. حالت اول میزان انتقال حرارت یک بلوک باتری بدون مواد تغییر فاز دهنده، حالت دوم میزان انتقال حرارت با مواد تغییر فاز دهنده با ساختار شبکه مکعب مرکز حجمی و حالت سوم میزان انتقال حرارت باتری با مواد تغییر فاز دهنده و ساختار شبکه مکعبی مرکز سطحی. این پژوهش با کمک نرمافزار انسیس انجام گرفته است و نتیجه این پژوهش بیانگر این است که کمترین میزان انتقال حرارت در موقع استفاده از مواد تغییر فاز دهنده با ساختار مکعبی مرکز سطحی میباشد و این ساختار شبکه باعث کاهش چشمگیر میزان مصرف انرژی می گردد.
The environment and non-renewable energy sources have prompted researchers to provide solutions to save energy consumption in various fields by explaining new methods. One of the things that has received more attention from researchers these days is the use of phase change materials in the field of batteries. This is while there has been no extensive research in this area in Iran. In the present project, we intend to investigate the effect of using these materials in investigating heat transfer from a battery block with surface center cubic (FCC) and volume center (BCC) structures. In this research, it has been investigated in three cases. The first state is the rate of heat transfer of a battery block without phase change materials, the second state is the rate of heat transfer with phase change materials with a volume center cubic lattice structure, and the third state is the heat transfer rate of a battery with phase change materials and a surface center cubic lattice structure. This research was done with the help of Ansys software. The result of this research shows that the lowest amount of heat transfer when using materials with a cubic structure of the surface center is the phase change material, and this lattice structure causes a significant reduction in energy consumption
[1] Mohammadi, S.M.H., 2022. Technical and Economic Feasibility Study of the Use of Phase Change Materials (PCMs) in the Combination of Compression Refrigeration and Free Cooling Systems, Case Stusy: A Residential Building in Kerman. Journal of Solid and Fluid Mechanics, 12(1), pp.51-66.
[2] Farajollahi, M. A., Nobakhti, M., Khayat, M., (2017). Numerical evaluation of cooling heating system management performance in Lithium Ion batteries, Journal of Mechanical Engineering and Vibration,3 , pp 37-47.
[3] Talebzadegan, M., Moravej, M., Assareh, E., Izadi, M., (2022). Effect of aspect ratio on the melting process of carreau non-newtonian phase change material in the porous space between two vertical pipes, Journal of mechanical engineering, 4 (51), pp 305-314.
[4] Mirakhorlo, M., Zagarabadi, M.R. and Valipour, M.S., (2021). Experimental Investigation of cooling photovoltaic panels using phase change material at different angles, New practical and computational findings in mechanical systems, 19-35.
[5] Hemmati, R., Veysi, F. and Hadidi, B., (2020). Experimental investigation of thermal management system in power supply using phase change material (PCM)., Scientific Journal of Energy Engineering and Management, 10(1), pp 92-99.
[6] Hekmat, S., Molaeimanesh, G.R., (2019). Experimental investigation on the performance of hybrid thermal management system based on water cooling and phase change material for a lithium battery module of an electric vehicle, Amirkabir Journal of Mechaniical Engineering, 51(4), pp 1-4.
[7] Azizi, M., (2014). A review of the use of phase change materials in temperature control of battery types, A Quarterly Publication the Application of Chemistry in Environment, 2 (19), 21-32.
[8] Wang, L., Zhang, Y., Zhang, X., Li, Y., (2021). Experimental investigation on the heat loss of long-term thermal storage using stable supercoolingو Solar Energy, pp 121-130.
[9] Riahi, S., Liu, M., Jacob, R., Belusko, M. and Bruno, F., (2020). Assessment of exergy delivery of thermal energy storage systems for CSP plants: Cascade PCMs, graphite-PCMs and two-tank sensible heat storage systems. Sustainable Energy Technologies and Assessments, 42, p.100823.
[10] Ahmed, N., Elfeky, K.E., Lu, L. and Wang, Q.W., (2020). Thermal performance analysis of thermocline combined sensible-latent heat storage system using cascaded-layered PCM designs for medium temperature applications. Renewable energy, 152, pp.684-697.
[11] Wu, S., Yan, T., Kuai, Z. and Pan, W., (2020). Thermal conductivity enhancement on phase change materials for thermal energy storage: A review. Energy Storage Materials, 25, pp.251-295.
[12] Rostami, S., Afrand, M., Shahsavar, A., Sheikholeslami, M., Kalbasi, R., Aghakhani, S., Shadloo, M.S. and Oztop, H.F., (2020). A review of melting and freezing processes of PCM/nano-PCM and their application in energy storage. Energy, 211, p.118698.
[13] Rathore, P.K.S. and Shukla, S.K., (2019). Potential of macroencapsulated PCM for thermal energy storage in buildings: A comprehensive review. Construction and Building Materials, 225, pp.723-744.
[14] Sun, X., Medina, M.A. and Zhang, Y., (2019). Potential thermal enhancement of lightweight building walls derived from using Phase Change Materials (PCMs). Frontiers in Energy Research, 7, pp 1-13.
[15] Liang, D., Bai, W., Chen, W. and Chyu, M.K., (2020). Investigating the effect of element shape of the face-centered cubic lattice structure on the flow and endwall heat transfer characteristics in a rectangular channel. International Journal of Heat and Mass Transfer, 153, p.119579.
[16] Robinson, J.B., Darr, J.A., Eastwood, D.S., Hinds, G., Lee, P.D., Shearing, P.R., Taiwo, O.O. and Brett, D.J., (2014). Non-uniform temperature distribution in Li-ion batteries during discharge–A combined thermal imaging, X-ray micro-tomography and electrochemical impedance approach. Journal of Power Sources, 252, pp 51-57.
