شبیه سازی مقیاس حفره فرایند ذخیره گرما در مواد تغییر فاز دهنده در حضور فوم فلزی به روش شبکه بولتزمان

با توسعه استفاده از انرژی های تجدیدپذیر و نواسانات این منبع انرژی در طی روز، ذخیره سازی انرژی اهمیت ویژه ای یافته است. استفاده از مواد تغییر فاز دهنده (PCM) برای ذخیره سازی گرما، یکی از روش های متداول برای ذخیره انرژی می باشد. ا ین مواد کاربردهای متنوعی را در بحث ذخیره انرژی و همینطور مدیریت دما یافته اند. یکی از مهمترین چالش های استفاده از مواد تغییر فاز دهنده، ضریب هدایت حرارتی پایین آن ها است که فرایند ذخیره و تخلیه آن ها را کند می کند. روش های مختلفی برای بهبود ضریب هدایت حرارتی مواد تغییر فاز دهنده ارائه شده است. در این پژوهش قصد داریم تا با استفاده از فوم فلزی متخلخل و پرکردن آن با مواد تغییر فاز دهنده، ضریب هدایت حرارتی موثر ماده تغییر فاز دهنده را بهبود داده و موجب بهبود سرعت فرآیند ذخیره/ تخلیله گرما در آن شویم. در این مطالعه قصد داریم فرآیند ذوب PCM را در حضور فوم فلزی گرادیانی با رویکرد مقیاس حفره شبیه سازی نموده و اثرات چیدمان های مختلف فوم فلزی و تراکم حفره را بر روی فرآیند ذوب بررسی نماییم. برای حل مسئله از کتابخانه منبع باز PALABOS استفاده شده است که به روش شبکه بولتزمان شبیه سازی را انجام می دهد. کد محاسباتی توسعه یافته در کتابخانه مذکور ابتدا با نتایج تجربی موجود مقایسه شده و سپس از آن برای شبیه سازی حالات مختلف استفاده شده است. سه نمونه فوم فلزی به عنوان نماینده در مقادیر مختلف چگالی حفره (۲۰، ۳۰ و ۴۰ حفره بر واحد اینچ PPI) و ضریب تخلخل (۰/۸۵) با استفاده از الگوریتم موزاییک کاری لاگر- ورنوی و در نرم افزار Rhino تولید شده اند. با افزایش چگالی حفره از ۲۰ به ۳۰ حفره بر واحد اینچ و از ۲۰ به ۴۰ حفره بر واحد اینچ زمان ذوب مواد تغییر فاز دهنده به ترتیب مقدار ۱۵/۵% و ۳۲/۹۱% کاهش می یابد. مشاهده شد که با استفاده از فوم فلزی در تراکم حفره متفاوت می توان فرآیند ذخیره گرما در PCM را کنترل نمود و در صورت نیاز تسریع کرد.