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Thermal behaviour of latent thermal energy storage unit during charging and discharging processes : effects of HTF inlet velocity

F. Benmoussa 1, A. Benzaoui 2 and H. Benmoussa 1

1 Faculty of Technology, Mechanics Department, University of Batna-2, 1 rue Chahid Boukhlouf, 05000 Batna, Algeria.
2 Faculty of Physics, University of Sciences and Technology Houari Boumediene, B.P. 32, 16111 Bab Ezzouar, Algiers, Algeria.

Abstract

In order to study the transient thermal behaviour of a shell-and-tube latent thermal energy storage (LTES) unit using phase change material (PCM) under variable heat transfer fluid (HTF) inlet velocities, a mathematical model based on the enthalpy formulation was developed and numerically investigated using a computational fluid dynamic. The effects of HTF inlet velocity on the transient thermal behaviour of the unit in term of PCM temperature and melting fraction evolution, as well as the unsteady total energy stored evolution are determined. The results show that charging and discharging processes have three periods for the change of temperature regarding to time in PCM : rapidly changing period, no changing period and slowly changing period. The whole LTES process during the two cycles can be divided into three periods for the change of melting fraction regarding to time in PCM : the first is sensible heat charging/discharging period ; the second is latent heat charging / discharging period and the third is sensible heat charging / discharging period again. Increasing the HTF inlet velocity slowly increases the temperature and melting fraction evolution. The total energy stored gradually increase from minimum value to maximum value defined the end of the process ; the amount of total energy stored under different HTF inlet velocities is the same, except the time needed for completing charging or discharging processes.

Résumé

Dans le cadre de l’étude du comportement thermique d’une unité de stockage thermique par chaleur latente constituée de deux tubes concentriques, utilise un matériau à changement de phase nommé PCM, un modèle mathématique basé sur la formulation d’enthalpie est développé, afin d’étudier l’effet de la vitesse d’entrée du fluide caloporteur HTF sur l’évolution de la température et la fraction de fusion du PCM, ainsi que l’évolution de l’énergie total stockée. Les résultats montrent que la variation de la température de PCM passe par trois périodes : période avec changement rapide, période avec sans changement et période avec changement lent. Le processus de fusion et de solidification peut être divisé en trois périodes, selon la variation de la fraction de fusion : la première est la période de stockage/déstockage par chaleur sensible ; la deuxième est la période de stockage/déstockage par chaleur latente ; la troisième est la période de stockage/déstockage par chaleur sensible. L’augmentation de la vitesse d’entrée du fluide caloporteur a lentement augmenté la variation de la température et la fraction de fusion. La quantité d’énergie stockée pour différente vitesse d’entrée du fluide HTF est la même, sauf le temps nécessaire pour complété le processus de stockage et déstockage.

Keywords

Latent thermal energy storage - Phase change material - Heat transfer fluid - Charging and discharging processes - Melting fraction.

Thermal behaviour of latent thermal energy storage unit during charging and discharging processes : effects of HTF inlet velocity
Texte intégral

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