Mejorando la Eficiencia del Material de Cambio de Fase en Cavidades Trapezoidales Onduladas: Una Investigación Numérica de Aditivos de Nanopartículas
Autores: Benyahia, Ilias; Abderrahmane, Aissa; Khetib, Yacine; A. Alazwari, Mashhour; Younis, Obai; Belazreg, Abdeldjalil; Laouedj, Samir
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Naturales y Subdisciplinas
Licencia
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Citaciones: Sin citaciones
Los materiales de cambio de fase (MCP) se utilizan ampliamente en sistemas de almacenamiento de energía térmica de calor latente (AETCL), pero su baja conductividad térmica limita el rendimiento. Este estudio investiga numéricamente la mejora de la eficiencia térmica en AETCL utilizando MCP mejorado con nano (MCPeN), compuesto de cera de parafina incrustada con nanopartículas de cobre (Cu). El MCPeN está confinado dentro de una cavidad trapezoidal, con la base sirviendo como fuente de calor. Se analizaron cuatro alturas de cavidad diferentes: casos 1, 2, 3 y 4 con las alturas D de 24 mm, 18 mm, 15 mm y 13.5 mm, respectivamente. Se empleó el método de elementos finitos para resolver las ecuaciones gobernantes. Se examinó la influencia de dos temperaturas de base caliente (333.15 K y 338.15 K) y fracciones volumétricas de nanopartículas de Cu que varían del 0% al 6%. Los resultados muestran que la incorporación de nanopartículas de Cu al 6% en volumen (fracción volumétrica) mejoró la conductividad térmica y redujo el tiempo de fusión en un 10.71%. Aumentar la temperatura de la base a 338.15 K aceleró la fusión en un 65.55%. Entre todas las configuraciones, el caso 4 mostró el mejor rendimiento, reduciendo la duración de la fusión en un 15.12% en comparación con el caso 1.
Descripción
Los materiales de cambio de fase (MCP) se utilizan ampliamente en sistemas de almacenamiento de energía térmica de calor latente (AETCL), pero su baja conductividad térmica limita el rendimiento. Este estudio investiga numéricamente la mejora de la eficiencia térmica en AETCL utilizando MCP mejorado con nano (MCPeN), compuesto de cera de parafina incrustada con nanopartículas de cobre (Cu). El MCPeN está confinado dentro de una cavidad trapezoidal, con la base sirviendo como fuente de calor. Se analizaron cuatro alturas de cavidad diferentes: casos 1, 2, 3 y 4 con las alturas D de 24 mm, 18 mm, 15 mm y 13.5 mm, respectivamente. Se empleó el método de elementos finitos para resolver las ecuaciones gobernantes. Se examinó la influencia de dos temperaturas de base caliente (333.15 K y 338.15 K) y fracciones volumétricas de nanopartículas de Cu que varían del 0% al 6%. Los resultados muestran que la incorporación de nanopartículas de Cu al 6% en volumen (fracción volumétrica) mejoró la conductividad térmica y redujo el tiempo de fusión en un 10.71%. Aumentar la temperatura de la base a 338.15 K aceleró la fusión en un 65.55%. Entre todas las configuraciones, el caso 4 mostró el mejor rendimiento, reduciendo la duración de la fusión en un 15.12% en comparación con el caso 1.