شماره ركورد
34954
پديد آورنده
ارشان گلايري
عنوان
مدلسازي و بهينهسازي سيستم تهويه مطبوع با مخزن ذخيره انرژي سرمايشي حاوي مواد تغيير فازدهنده: بررسي تأثير خصوصيات مواد بر عملكرد سيستم
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مكانيك
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/07/27
استاد راهنما
دكتر سبهر صنايع
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مكانيك
چكيده
در اين پژوهش يك چارچوب يكپارچه براي مدلسازي و بهينهسازي سامانه تهويهمطبوع مجهز به مخزن ماژولار ذخيره انرژي سرمايشي نهان مبتني بر مواد تغيير فازدهنده ارائه ميشود. بخش اول كار به توسعه مدل سهبعديِ ناپايا از مخزن هفتلوله (يك لوله مركزي و شش لوله پيراموني) اختصاص دارد كه در آن انتقال حرارت در مواد تغيير فاز دهنده با رويكرد آنتالپي–پوروسيتي و جريان داخلي لولهها با حل پايستاري جرم، مومنتوم و انرژي مدلسازي شده است. يك طراحي آزمايش ساختيافته روي سه نوع مواد تغيير فاز دهنده با خواص متفاوت، دو فاصله مركز تا مركز لولهها و سه دبي جرمي اجرا شد تا اثر ماده، هندسه و بهرهبرداري بر زمان شارژ/دشارژ، انرژي قابلبازيابي و يكنواختي دمايي سنجيده شود. هدف از اين شبيه سازي بررسي رفتار يك ماژول تنها از سيستم ذخيره سازي انرژي سرمايشي است. نتايج شبيهسازي نشان ميدهد افزايش فاصله مركز تا مركز به 150 ميلي متر بهطور منظم يكنواختي حرارتي را بهبود داده و مدت فرايند را كاهش ميدهد؛ همچنين انتخاب مواد تغيير فاز دهنده با دماي ذوب اندكي بالاتر از دماي سيال ورودي شارژ، آغاز انجماد را تسريع ميكند، هرچند ظرفيت نهان بالاتر ميتواند دُم زماني فرايند را افزايش دهد. در بخش دوم، يك مدل سطحسيستمي 24 ساعته براي يك واحد مسكوني تكزون ساخته و به مخزن ذخيره انرژي سرمايشي كوپل شد تا ارزيابي همزمان عملكرد ترموديناميكي و اقتصادي امكانپذير گردد. مسأله بهصورت چندهدفه صورتبندي شد: كمينهسازي هزينه/انرژي روزانه با تعرفه زماني (J1)، كمينهسازي اتلاف اگزرژي روزانه (J2) و كمينهسازي هزينه اقتصادي معادل روزانه (J3). متغيرهاي تصميم شامل تعداد مخزنها، دبيهاي شارژ/دشارژ و زمانبندي فازها هستند و قيود تأمين بار، آسايش حرارتي، حدود دبي/فشار و بستن چرخه SOC اعمال شد. مرز پارتو سه راهبرد شاخص را آشكار ساخت: نقطه زانو با چهار مخزن و ψ_day≈0.28، راهبرد اقتصادي با سه مخزن و J3≈10.74 $/day، و راهبرد اگزرژيمحور با شش مخزن و ψ_day≈0.33 كه كمينه J2 را رقم ميزند و پيك توان را نيز كاهش ميدهد. اين يافتهها نشان ميدهد تركيب هندسه بهبوديافته، انتخاب درست موادتغيير فازدهنده و زمانبندي شارژ/دشارژ ميتواند همزمان كارايي ترموديناميكي و اقتصادي را ارتقا دهد و دستورالعملهاي طراحي عملي براي ادغام ذخيره انرژي سرمايشي در مدار آبي تهويهمطبوع فراهم كند.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/23
عنوان به انگليسي
Modeling and Optimization of Air Conditioning System with Cooling Energy Storage Tank Containing Phase Change Materials: Investigating the Effect of Material Properties on System Performance
تاريخ بهره برداري
10/19/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
ارشان گلايري
چكيده به لاتين
In this study, an integrated framework for modeling and optimizing an air conditioning system equipped with a modular latent cooling energy storage tank based on phase change materials is presented. The first part of the work is dedicated to the development of a 3D unsteady model of a seven-tube tank (one central tube and six peripheral tubes) in which the heat transfer in the PCM is modeled with an enthalpy-porosity approach and the internal flow of the tubes is modeled by solving for mass, momentum, and energy conservation. A structured experimental design was performed on three types of PCM with different properties, two tube center-to-center distances, and three mass flow rates to measure the effect of material, geometry, and operation on the charge/discharge time, recoverable energy, and temperature uniformity. The purpose of this simulation is to investigate the behavior of a single module of the cooling energy storage system. The simulation results show that increasing the center-to-center distance to 150 mm systematically improves the thermal uniformity and reduces the process duration; Also, choosing a PCM with a melting temperature slightly higher than the inlet charge fluid temperature accelerates the onset of freezing, although a higher latent capacity can increase the process time delay. In the second part, a 24-hour system-level model for a single-zone residential unit was constructed and coupled to the CTES tank to enable simultaneous evaluation of thermodynamic and economic performance. The problem was formulated as a multi-objective problem: minimizing the daily cost/energy with time-of-use tariff (J1), minimizing the daily exergy loss (J2), and minimizing the equivalent daily economic cost including energy bill, peak cost, and capital and maintenance amortization (J3). The decision variables include the number of tanks, charge/discharge flow rates, and phase timing, and the constraints of load supply, thermal comfort, flow/pressure limits, and SOC cycle closure were applied. The Pareto frontier revealed three leading strategies: the knee point with four tanks and ψ_day≈0.28, the economic strategy with three tanks and J3≈10.74 $/day, and the exergy-driven strategy with six tanks and ψ_day≈0.33, which minimizes J2 and also reduces the power peak. These findings indicate that the combination of improved geometry, proper PCM selection, and charge/discharge timing can simultaneously improve thermodynamic and economic efficiency and provide practical design guidelines for integrating CTES into the HVAC water circuit.
كليدواژه هاي فارسي
: مواد تغيير فازدهنده، ذخيره انرژي سرمايشي ، تهويهمطبوع ، شبيهسازي سهبعدي ، تحليل اقتصادي
كليدواژه هاي لاتين
Phase Change Materials (PCM), Cooling Energy Storage (CTES), HVAC, 3D Simulation, Multi-Objective Optimization, Exergy, Economic Analysis.
Author
arshan galayeri
SuperVisor
Dr. sepehr sanaye