Simulación CFD de los efectos de la capa de aire en la fusión de RT42 PCM en una celda cuadrada

Área de la Ciencia:

• Almacenamiento de energía térmica
• Ciencias de los materiales
• Transferencia de calor

Sus antecedentes:

• La tecnología de almacenamiento de calor latente es crucial para la energía solar, la recuperación de calor residual y la gestión energética de los edificios.
• Los materiales de cambio de fase (PCM) ofrecen una alta capacidad de almacenamiento de energía y rentabilidad para el almacenamiento de energía térmica.
• La cera de parafina es un PCM común utilizado en estas aplicaciones.

Objetivo del estudio:

• Investigar numéricamente el impacto de una capa de aire en la transferencia de calor durante la transición de fase de cera de parafina (RT42) en una celda cuadrada.
• Para analizar la influencia del grosor de la capa de aire en el tiempo de fusión y los mecanismos de transferencia de calor.
• Proporcionar información para optimizar los sistemas de almacenamiento de calor latente.

Principales métodos:

• Simulación numérica mediante el enfoque entalpía-porosidad.
• Análisis realizado con el software ANSYS/FLUENT 16.
• Evaluación de la transferencia de calor en una celda cuadrada con y sin una capa de aire en la pared caliente.

Principales resultados:

• Una capa de aire de 1 mm duplicó el tiempo de fusión total de la cera de parafina.
• Una capa de aire de 2 mm triplicó el tiempo de fusión completo en comparación con ninguna capa de aire.
• La conducción térmica domina la fusión temprana, mientras que las diferencias de densidad impulsan la convección libre más tarde.

Conclusiones:

• Las capas de aire retrasan significativamente el proceso de fusión en las unidades de almacenamiento de calor latente de cera de parafina.
• La presencia y el grosor de las capas de aire son factores críticos en el rendimiento del almacenamiento de energía térmica.
• Las investigaciones adicionales deberían explorar las diversas configuraciones de las capas de aire y las direcciones de flujo de calor.