Оценки возможности и масштабов увеличения эффективных теплофизических свойств неоднородных систем с фазовыми переходами жидкость - твёрдое тело

21 Apr 2021, 16:45
15m
1222 (Lomonosov st. 9)

1222

Lomonosov st. 9

oral Sustainable cold chains Sustainable cold chains

Speakers

Yuri Zarichnyak (ITMO University) Alena Gorbunova (ITMO University)

Description

Ключевые слова: неоднородные системы с фазовыми переходами, теплофизические свойства теплоёмкость, теплопроводность, температуропроводность


Снижение количества потребляемой для производства продуктов и жизнеобеспечения граждан энергии является важной задачей для стран мира. Россия входит в тройку стран с наиболее затратным энергопотреблением. Энергоемкость ВВП в три раза выше, чем у мировых лидеров из стран G7. В стратегии развития РФ (и федеральном законе) по повышению энергетической эффективности экономики, необходимо снижать энергоемкость валового внутреннего продукта не менее, чем на 1,5% в год [1], в том числе за счёт повышения эффективности систем аккумулирования и отдачи тепловой энергии.

Данная работа посвящена оценкам возможности и масштабов повышения энергоэффективности систем с фазовыми переходами жидкость - твёрдое тело. В качестве накопителей энергии предлагается использовать неоднородные системы вида парафин + высокотеплопроводный порошковый наполнитель либо пенокаркас из высокотеплопроводного металла с сообщающимися порами, заполненными парафином. Выбор вида наполнителя и его объёмной доли V2 зависят от оптимальной величины комплексного параметра температуропроводности aef = λef/(сef, ρef), определяемого соотношением эффективной теплопроводности λef = f(λ1, λ2, v2) матрицы с наполнителем, свойств матричного компонента парафина (удельной теплоёмкости C1, теплопроводности λ1 и плотности ρ1) и высокотеплопроводного наполнителя (C2, λ2, ρ2 ).

Для определения комплексного параметра температуропроводности aef необходимо проанализировать процесс накопления-отдачи тепла в неоднородной системе парафиновая матрица с порошковым наполнителем, представив её в виде неоднородной системы определенной структуры [2, 3]. Рассмотрены три модели структуры неоднородных систем с частицами высокотеплопроводного наполнителя: модель с неконтактирующими частицами, модель свободной засыпки частиц наполнителя, модель полимерного компаунда. Четвёртая модель описывает пенокаркас из высокотеплопроводного металла с сообщающимися порами, заполненными парафином [3].

Оценив диапазон возможного изменения теплофизических свойств λef, сef, ρef, aef [4] можно выбрать оптимальные значения параметров в необходимом температурном диапазоне эксплуатации, разработать оптимальную программу экспериментальной проверки аналитических оценок и рекомендации к практическому использованию результатов исследований. Работа выполнена при поддержке гранта Университета ИТМО №620150

[1]: http://government.ru/docs/32368/ - сайт правительства РФ. Основные документы по энергосбережению и энергоэффективности
[2]: Bondareva N.S., Buonomo B.,Manca O., Sheremet M.A. Heat transfer inside cooling system based on phase change material with alumina nanoparticles. Appl. Ther. Eng. 144 (2018), 972-981.
[3]: X.Xiao, P.Zhang, M.Li Effective thermal conductivity of open-cell metal foams impregnated with pure paraffin for latent heat storage, Int.J.Therm.Sci. 81 (2014), 94-105
[4]: Pietrak K.,Wisnievski T. A review of models for the effective thermal conductivity of composite mаterials. Journ. of Power Technologies 2015, v 95 (1), 14-24.

Primary authors

Dmitrii Volkov (ITMO University) Yuri Zarichnyak (ITMO University) Vladimir Korablev (ITMO University) Victoria Zakharova (ITMO University) николай пилипенко (россия) Alena Gorbunova (ITMO University)

Presentation Materials