Παραμετρική ενεργειακή μελέτη εναλλάκτη θερμότητας με υλικό αλλαγής φάσης

Αλεξίου, Αλέξανδρος; Alexiou, Alexandros

dc.contributor.author	Αλεξίου, Αλέξανδρος	el
dc.contributor.author	Alexiou, Alexandros	en
dc.date.accessioned	2020-05-01T21:57:05Z
dc.date.available	2020-05-01T21:57:05Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/50342
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.18040
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Υλικό αλλαγής φάσης	el
dc.subject	Εναλλάκτης θερμότητας	el
dc.subject	Ενίσχυση μεταφοράς θερμότητας	el
dc.subject	Διαμορφώσεις πτερυγίων	el
dc.subject	Phase change material	en
dc.subject	Heat exchanger	en
dc.subject	Heat transfer enchancement	en
dc.subject	Fin configurations	en
dc.title	Παραμετρική ενεργειακή μελέτη εναλλάκτη θερμότητας με υλικό αλλαγής φάσης	el
dc.title	Parametric energy study of a phase change material heat exchanger	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αποθήκευση Ενέργειας	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-10-10
heal.abstract	Αντικείμενο της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι ο σχεδιασμός και η μελέτη ενός εναλλάκτη θερμότητας με υλικό αλλαγής φάσης. Ο σχεδιασμός και η μελέτη του εναλλάκτη θερμότητας πραγματοποιήθηκαν με την χρήση του λογισμικού COMSOL Multiphysics. Συγκεκριμένα ο εναλλάκτης θερμότητας προσομοιώθηκε για δύο διαφορετικές διαμορφώσεις πτερυγίων και για τρείς διαφορετικές παροχές του ρευστού μεταφοράς θερμότητας. Στο πρώτο κεφάλαιο γίνεται αναφορά στους τρόπους με τους οποίους αποθηκεύεται η θερμική ενέργεια . Παρουσιάζονται και συγκρίνονται τα χαρακτηριστικά κάθε τρόπου αποθήκευσης. Στο δεύτερο κεφάλαιο γίνεται εκτεταμένη αναφορά στα υλικά αλλαγής φάσης (PCMs) . Παρουσιάζονται οι απαιτήσεις των PCMs ως προς τις ιδιότητες τους , ώστε να μπορούν να χρησιμοποιηθούν σε εφαρμογές αποθήκευσης θερμικής ενέργειας . Ακόμα γίνεται κατηγοριοποίηση των PCMs και αναλυτική παρουσίαση των χαρακτηριστικών τους . Επιπλέον , προτείνονται διάφορα υλικά που θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως υλικά αλλαγής φάσης. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζονται διάφοροι τρόποι ενίσχυσης της μεταφοράς θερμότητας . Πιο συγκεκριμένα , γίνεται αναφορά στην εφαρμογή υλικών με υψηλή αγωγιμότητα (πτερύγια ,μεταλλικά πορώδη υλικά) και παρουσιάζονται τρόποι που εν γένει βελτιώνουν τις θερμοφυσικές ιδιότητες των PCMs ( προσθήκη σωματιδίων , συσκευασία των PCMs). Στο τέταρτο κεφάλαιο , αρχικά δίνονται τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του υπό μελέτη εναλλάκτη θερμότητας. Στην συνέχεια γίνεται αναλυτική περιγραφή του τρόπου σχεδίασης του στο COMSOL Multiphysics. Στο πέμπτο κεφάλαιο περιλαμβάνεται η προσομοίωση του εναλλάκτη θερμότητας. Αρχικά παρουσιάζονται οι ιδιότητες των συνιστωσών του εναλλάκτη καθώς και το μαθηματικό μοντέλο που διέπει την μελέτη του εναλλάκτη. Στην συνέχεια περιγράφεται αναλυτικά ο τρόπος δημιουργίας και διαμόρφωσης της προσομοίωσης στο COMSOL Multiphysics. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων. Δίνονται διάφορα διαγράμματα (ποσοστό της στερεάς φάσης , θερμοκρασία του νερού στην έξοδο του εναλλάκτη , μέση θερμοκρασία του pcm , ενέργεια που αποθηκεύεται στον εναλλάκτη ) για καθεμία παροχή και για καθεμία διαμόρφωση πτερυγίου. Ακόμα στην περίπτωση της μέγιστης παροχής , 90 l/h , παρουσιάζονται διάφορα διαγράμματα με κατανομές του τήγματος και της θερμοκρασίας. Τέλος , στο έβδομο κεφάλαιο περιλαμβάνονται τα συμπεράσματα από τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων.	el
heal.abstract	The main object of this diploma thesis is the design and study of a phase change material heat exchanger. The design and study of the heat exchanger were carried out using COMSOL Multiphysics software. Specifically, the heat exchanger was simulated for two different fin configurations and three different mass flow rates of the heat transfer fluid. The first chapter deals with the methods in which thermal energy is stored. The characteristics of each different method of storage are presented and compared. In chapter two, an extensive review of phase change materials (PCMs) is presented. The requirements of PCMs concerning their properties are examined, so that PCMs can be eligible in thermal energy storage applications. PCMs are also categorized and their characteristics are mentioned in detail. Moreover, various materials with potential use as phase change materials are proposed. In chapter three, several techniques to enhance heat transfer are presented. In particular, mention is made to the application of high thermal conductivity inserts (fins, metal foams) and are also presented methods that generally improve the thermophysical properties of PCMs (use of particles as additives, encapsulation of PCMs). In the fourth chapter, firstly the geometrical characteristics of the heat exchanger model are presented. Subsequently, the step by step design of the exchanger using COMSOL Multiphysics is described. The fifth chapter is related to the simulation of the heat exchanger. Initially, the properties of the components of the exchanger as well as the mathematical model governing the study of the exchanger are presented. Subsequently, the configurations of the simulation case in COMSOL Multiphysics is analytically described. In chapter six, the results of the simulations are presented. For each examined mass flow rate and each fin configuration, various charts are included (fraction of phase before transition, water outlet temperature, mean pcm temperature, energy stored). Furthermore, in the case of 90 l/h mass flow rate, several melt and temperature distribution graphs are shown. Finally, in the seventh chapter, the conclusions from the design and the simulations of the exchanger are included.	en
heal.advisorName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Κορρωνάκη, Ειρήνη	el
heal.committeeMemberName	Ρογδάκης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Τζιβανίδης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	101 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false