• شماره ركورد
    33445
  • پديد آورنده

    اميرحسين اسماعيلي فرد

  • عنوان
    شبيه سازي مواد تغييرفازدهنده با خواص اصلاح‌شده جهت استفاده در سيستم توان ماهواره
  • مقطع تحصيلي
    كارشناسي ارشد
  • رشته تحصيلي
    مهندسي شيمي
  • سال تحصيل
    1401
  • تاريخ دفاع
    1403/12/15
  • استاد راهنما
    دكتر سيد حسن هاشم آبادي
  • استاد مشاور
    ---
  • دانشكده
    مهندسي شيمي نفت و گاز
  • چكيده
    در سال‌هاي اخير مواد تغييرفازدهنده به دليل توانايي در حفظ و ذخيره انرژي مورد توجه بسياري قرار گرفته‌اند. در اين پژوهش با كمك ديناميك سيالات محاسباتي، به بررسي كارايي و انتخاب مواد تغييرفازدهنده مناسب، جهت استفاده در سلول خورشيدي ماهواره كه عضو اصلي سيستم توان ماهواره مي‌باشد، پرداخته شده است. به منظور بهبود خواص مواد تغييرفازدهنده، استفاده از روش ميكروكپسوله‌سازي در نظر گرفته شده است. موادي كه به عنوان كانديد براي هسته انتخاب شدند، نرمال اكتادكان و نرمال نونادكان و پوششهاي مناسب براي اين دو ماده، پلييورتان و سيليسيم اكسيد مي‌باشند. با استفاده از روابط موجود در منابع، خواص حرارتي مواد ميكروكپسوله‌شده مذكور، محاسبه شده و نتايج حاصل از اين محاسبات حاكي از آن است كه ضريب رسانشحرارتي براي ميكروكپسولههاي نرمال اكتادكان با پوشش پلييورتان، نرمال اكتادكان با پوشش سيليسيم اكسيد و نرمال نونادكان با پوشش پلييورتان به ترتيب به اندازه 75، 33، 76 درصد بهبود يافته و آنتالپي ذوب براي اين مواد، به ترتيب 01/0، 03/0 درصد كاهش و 12 درصد افزايش مييابد. در سه مطالعه متفاوت از كارهاي انجام شده، مسئله مورد پژوهش اعتبارسنجي شد و بيشترين ميزان انحراف شبيهسازي‌هاي انجام شده 6 درصد است. با توجه به خواص بهبود يافته از طريق روش ميكروكپسوله‌سازي، شبيه‌سازي اين مواد در سلول خورشيدي ماهوارهاي كه در مدار 400 كيلومتري از سطح زمين قرار دارد، انجام شد. سلول خورشيدي تحت شار حرارتي به مقدار 18/1618 وات بر مترمربع از جانب خورشيد مي‌باشد كه منجر به افزايش دما و كاهش بازده آن مي‌شود. در اين راستا، استفاده از مواد ميكروكپسوله‌شده باعث جلوگيري از افزايش دما سلول خورشيدي و بهبود كارايي آن خواهد شد. نتايج حاصل از شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه در صورت قرارگيري مواد ميكروكپسوله نرمال اكتادكان با پوشش پلي يورتان، نرمال اكتادكان با پوشش سيليسيم اكسيد و نرمال نونادكان با پوشش پلي يورتان بر روي برد الكترونيكي سلول خورشيدي، مواد تغييرفازدهنده به ترتيب بعد از 13، 15 و 19 دقيقه ذوب مي‌شوند و در طول اين زمان از افزايش بيش از حد دماي سلول خورشيدي جلوگيري مي‌كنند. در ميان سه ماده ميكروكپسوله‌شده، نرمال نونادكان با پوشش پلي يورتان، بهترين عملكرد و تاثير را نشان داده و به عنوان نتيجه شبيه‌سازي در اين پژوهش معرفي مي‌شود.
  • تاريخ ورود اطلاعات
    1404/03/01
  • عنوان به انگليسي
    Simulation of phase change materials with modified properties for use in satellite power systems
  • تاريخ بهره برداري
    1/1/1900 12:00:00 AM
  • دانشجوي وارد كننده اطلاعات

    اميرحسين اسماعيلي فرد

  • چكيده به لاتين
    In recent years, phase change materials (PCMs) have garnered significant attention due to their ability to store and conserve energy. In this study, computational fluid dynamics (CFD) was used to eva‎luate the efficiency and select suitable PCMs for satellite solar cells. These cells are a critical component of satellite power systems. To enhance the properties of these materials, the microencapsulation method was investigated. We selected noctadecane and n-nonadecane as the core materials for the microcapsules, with polyurethane and silicon dioxide as the shell materials. Using established relationships from polymer science literature, the thermal properties of the microencapsulated materials were calculated. The results show that the thermal conductivity coefficient improved by 75 %for n-octadecane with a polyurethane shell, 33 %for n-octadecane with a silicon dioxide shell, and 76 %for n-nonadecane with a polyurethane shell. Additionally, the melting enthalpy of these materials decreased by 0.01%, 0.03%, and increased by 12%, respectively. The findings of this study were validated against three different studies, with the maximum deviation between the simulations and existing data being 6%. Furthermore, given the improved properties achieved through microencapsulation, these materials were simulated in a satellite solar cell located in a 400 km orbit above Earth. The solar cell is subjected to a heat flux of 1618.18 W/m² from the Sun, leading to temperature rise and reduced efficiency. The use of microencapsulated materials helps prevent excessive temperature increases and enhances the cell's performance. Simulation results show that when microcapsules of n-octadecane with a polyurethane shell, n-octadecane with a silicon dioxide shell, and n-nonadecane with a polyurethane shell are applied to the solar cell's electronic board, these materials melt after 13, 15, and 19 minutes, respectively, effectively preventing overheating during this period. Among the three materials, n-nonadecane with a polyurethane shell demonstrated the best performance and is proposed as the final outcome of this research.
  • كليدواژه هاي فارسي
    مواد تغييرفازدهنده , ميكروكپسوله سازي , سلول خورشيدي ماهواره , ماهواره , كنترل دما , شبيه‌سازي ديناميك سيالات محاسباتي
  • كليدواژه هاي لاتين
    Phase change materials , microencapsulation , satellite solar cell , satellite , temperature control , CFD simulation
  • Author
    Amirhossein Esmaeilifard
  • SuperVisor
    Seyedhasan Hashemabadi