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Revue des Composites et des Matériaux Avancés

1169-7954
 

 ARTICLE VOL 28/2 - 2018  - pp.257-276  - doi:10.3166/rcma.28.257-276
TITRE
Évaluation du mécanisme de convection naturelle à l'intérieur de l'inclinaison d'un dispositif de stockage d'énergie thermique (SET) de tube et calandre

TITLE
Natural convection mechanism evaluation inside a shell and tube thermal energy storage (TES) devise inclination

RÉSUMÉ

Une étude numérique détaillée a été réalisée à propos d'un effet d'inclinaison du système de stockage de chaleur sur le processus de fusion d'un matériau à changement de phase (MCP) afin de comprendre le mécanisme de convection naturelle dans une unité de stockage d'énergie thermique à tubes et calandre (TES). Cette unité est remplie de matériau organique Rubitherm (RT35) qui a une faible densité de stockage. L'eau distillée est utilisée comme fluide caloporteur (HTF) qui circule vers le bas à l'intérieur du tube pour faire la fusion de MCP, ce qui contribue à l'acquisition d'une énergie thermique accumulable. Sur la base de la méthode de l'enthalpie, une méthode numérique à deux dimensions a été réalisé pour analyser ce processus qui a montré une bonne prédiction numérique par rapport aux résultats expérimentaux. Plusieurs unités ont été examinées pour interpréter physiquement le comportement thermique du processus de fusion en termes de; estimation des modes de transfert de chaleur, taux de fusion MCP, distribution des températures axiale et radiale. Les résultats obtenus montrent que l'inclinaison de l'unité TES selon les angles de la plage [090 °] crée un déséquilibre de la convection naturelle dans la fraction liquide de MCP, ce qui contribue à créer une instabilité et une diminution du transfert de chaleur pendant le processus de fusion. De plus, l’unité verticale était la position privilégiée pour la recirculation de la chaleur vers l’intérieur du MCP.



ABSTRACT

A detailed numerical investigation has been carried out here about a heat storage system inclination effect on the phase change material (PCM) melting process in order to comprehend the natural convection mechanism inside a shell and tube thermal energy storage (TES) unit. This unit is filled by Rubitherm organic material (RT35) which has a low storage density. Distilled water is used as heat transfer fluid (HTF,) that circulates downwardly inside the tube to melt the PCM which contributes to acquire a storable thermal energy. Based on the enthalpy method, two dimensional numerical method has been employed to analyze this process which has shown a good numerical predictions against the experimental results. Several unit positions were examined to interpret physically the thermal demeanor of the fusion process in terms of; heat transfer modes estimation, PCM melting rate, axial and radial temperatures distribution. The obtained results clarify that the TES unit inclination according to the range angles [0-90°] makes an imbalance of the natural convection in the PCM liquid fraction which contributes to create an instability and diminution of the heat transfer during the melting process. Moreover, the vertical unit state was the favorite position to the heat transfer recirculation inward the PCM.



AUTEUR(S)
ABDERRAHMANE ELMERIAH, DRISS NEHARI, AICHOUNI MOHAMED, AHMED REMLAOUI

MOTS-CLÉS
transfert de chaleur, matériau à changement de phase, stockage d'énergie thermique, etude numérique.

KEYWORDS
heat transfer, phase change material, thermal energy storage, numerical investigation.

LANGUE DE L'ARTICLE
Anglais

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