مطالعه تجربی و عددی یک مبدل حرارتی ذخیره‌سازی سرد لوله‌ای – باله

این مطالعه به دنبال بررسی کاربردهای مبدل‌های گرمایی ذخیره‌سازی خنک باله لوله‌ای (‏CSHEs)‏در سیستم‌های کنترل گرمایی است. برای دستیابی به کنترل گرمایی در دستگاه‌های الکترونیکی، CShe با ماده تغییر فاز پارافین شماره ۲۸ پر شده‌است. (‏PCM)‏که با آب‌خنک کننده جامد می‌شود، استفاده پایدار CShe را تضمین می‌کند. پودر گرافن با پارافین به عنوان تقویت‌کننده هدایت حرارتی مخلوط می‌شود. عملکرد کنترل حرارتی CShe در طول فرآیند انجماد به صورت تجربی و عددی مورد بررسی قرار گرفته‌است. مجموعه‌ای از آزمایش‌ها تحت شاره‌ای حرارتی مختلف، کسر جرمی گرافن و نرخ جریان آب خنک‌کننده انجام شده‌است. علاوه بر این، یک مدل ریاضی سه‌بعدی براساس تخلخل آنتالپی و مدل‌های انجماد ذوب برای بررسی توزیع فاز مایع جامد و دما ارائه شده‌است. نتایج ما نشان داد که زمان کنترل حرارتی با قدرت حرارتی ۸۰۰ وات تا ۱۱۴.۸ درصد افزایش می‌یابد.در حداکثر شار حرارتی ۱۰۰۰ ME ، زمان کنترل گرمای CSHE در اجزای ۵٪ ، ۲.۵٪ و ۰٪ به ترتیب ۲۵ ، ۲۹ و ۴۰ دقیقه است. در طول فرآیند انجماد، افزودن پودر گرافن می‌تواند به طور قابل‌توجهی نرخ انجماد را افزایش دهد.

Highlights•A tube-fin cool storage heat exchanger (CSHE) is proposed for use in thermal control systems.•A CSHE can extend the thermal control time by 114.8% and can be recycled.•The thermal control performance of 0% graphene mass fraction in PCM is greater than that of 5%.AbstractThis study sought to examine the applications of tube-fin cool storage heat exchangers (CSHEs) in thermal control systems. To achieve the thermal control in electronic devices, the CSHE is filled with No. 28 paraffin phase change material (PCM) which is solidified by cooling water, ensuring the sustainable use of the CSHE. The graphene powder is blended with paraffin as a heat conduction enhancer. The thermal control performance of the CSHE during the melting–solidifying process is investigated experimentally and numerically. A series of experiments are carried out under various heat fluxes, graphene mass fractions, and cooling water flow rates. In addition, a three-dimensional mathematical model based on ent