تمت مناقشة رسالة الدكتوراه الموسومة ” الدراسة النظرية والعملية للتحليل الحراري لعمود محشو بمادة متغيرة الطور محسنة بجزيئات نانوية” للطالبة “لبنى عبد الكريم نعيم” في قسم الهندسة الكيمياوية بكلية الهندسة / جامعة بغداد وقد اشرف على اعداد الرسالة الاستاذ الدكتورتحسين علي حسين الحطاب
وتألفت لجنة المناقشة من
أ.د. ودود طاهر محمد (رئيسا)
أ.م.د. جمال مانع علي (عضوا)
أ.م.د. رياض صباح الطريحي (عضوا)
أ.م.د. نجوى صابر مجيد (عضوا)
أ.م.د. رغد فريد قاسم (عضوا)
بعد امتحان لجنة المناقشة الطالبة في محتويات الرسالة, قررت اللجنة منح الطالبة شهادة الدكتوراه
ملخص بحث الطالبة هو كالاتي:
أستخدام المواد المتغيرة الطور في انظمة خزن الطاقة الكامنة يعتبر هو الطريق الاكثر فعالية لخزن الطاقة الحرارية. مع ذلك, تطوير أنظمة خزن الطاقة الحرارية الكامنة تواجه تحديات كبيرة بسبب التوصيل الحراري المنخفض للمواد متغيرة الطور والذي يؤدي الى جعل معدل انتقال الحرارة منخفض اثناء انجاز عمليات الشحن والتفريغ.
سابقا يتم خزن وتصريف الطاقة الحرارية بأستخدام وسائط النقل السائلة والتي تكون محدودة نتيجة امتلاكها عامل توصيل حراري منخفض وسعة حرارية محدودة. لذلك فأن اضافة الجزيئات النانوية الصلبة الى هذه السوائل يعتبراقتراح لتحسين الموصلية الحرارية.
لتحسين عملية انتقال الحرارة يتم استخدام المواد المتغيرة الطوروالتي تمتلك حرارة كامنة عالية ويتم خلطها مع الجزيئات النانوية الصلبة, لزيادة معدل الطاقة الحرارية المكتسبة والمفقودة. مع ذلك, توجد محددات لهذه الطريقة بسبب تكون تكتلات للجزيئات النانوية داخل المادة الاساسية والالتصاق بجدران الكبسولة التي تحتوي هذا الخليط بداخلها, على الرغم من ذلك, يمكن التغلب على هذه الصعوبات بواسطة استخدام جهاز الخلط السريع لتكوين محلول متجانس
في العمل الحالي يتم شرح طريقة تحسين معدل انتقال الحرارة للمواد المتغيرة الطور الموضوعة داخل الكبسولات الكروية وذلك بأضافه نوعين من الجزيئات النانوية (النحاس و ثاني اوكسيد التيتانيوم) التي بدورها تقوم بزيادة امتصاص الطاقة الحرارية وخزنها على شكل sensible heat خلال عملية التسخين,ثم يتم تغير الطورللمادة الاساسية وخزن الطاقة الحرارية على شكل Latent heat ويتم تحرير هذه الطاقة خلال عملية التجميد او التصلب. شمع البرافيين الالماني يستخدم كمادة متغيرة الطور مع درجة انصهار (58-56)°س. و يتم اضافة الجزيئات النانوية لها لتحضير العالق بأستخدام جهازالخلط السريع. والكبسولات الكروية المصنوعة من مادة البولي اثلين عالي الكثافة مع قطر 0.04 م, تستخدم كوعاء حافظ للخليط المحضر وذلك لمنع اي تسرب او تكتل للمادة المنصهرة. الهواء يستخدم كمائع ناقل للحرارة.
عند مقارنة عملية انتقال الحرارة للمادة متغيرة الطورلوحدها والمادة متغيرة الطورالمحسنة بمواد نانوية, وجد انه من الافضل استخدام شمع البرافين المحسن بجزيئات نانوية.
تم انشاء موديل رياضي بأستخدام برنامج الكومسل 5 لمحاكاة عمليتي الشحن والتفريغ. هذا الموديل يستخدم لتنفيذ التحليل الحراري لعملية انتقال الحرارة بين المائع الناقل للحرارة والمادة الخازنة للحرارة. التغيير بدرجة الحرارة يعتمد على المعادلات الحاكمة المستخدمة والتي يتم حلها نظريا لدراسة التحسن بأداء نظام الخزن الحراري خلال عمليتي الشحن والتفريغ. عند مقارنة النتائج النظرية مع النتائج العملية, وجد انه النتائج النظرية تختلف عن النتائج العملية بنسب منخفضة عند زيادة درجة حرارة الدخول للمائع الناقل للحرارة وعند زيادة تركيز الجزيئات النانوية بالمادة الاساسية.
تتكون هذه التجارب من عملية الشحن والتفريغ. اثناء عملية الشحن,يتم تسخين المائع الناقل للحرارة بواسطة جهاز التسخين الكهربائي ثم يمر خلال خزان حفظ الطاقة لنقل الطاقة الحرارية المخزونة الى الكبسولات التي تحتوي على (المادة المتغيرة الطور او خليط المادة الاساسية والجزيئات النانوية) الموجودة ضمن الخزان. اثناء عملية التفريغ, الهواء البارد يمر خلال الخزان للحصول على الطاقة الحرارية المخزنة ضمن الكبسولات الكروية.
لبيان تأثير الضروف التشغيلية على أداء النظام اثناء عمليتي الشحن والتفريغ, تم اختياراربع معدلات تدفق للهواء (9, 14, 19, 24) لتر/ثانية واربع تراكيز مختلفة للجزيئات النانوية المضافة لشمع البرافيين, لذلك تم تحضير ثمان نماذج مختلفة من مركب (شمع البرافيين+مضافات نانوية) تم تحضيرها بأربع نسب وزنية مختلفة 1%, 2%, 3%, و5%. علاوة على ذلك, تم اجراء العديد من التجارب مع شمع البرافين فقط كوسط تخزين من اجل مقارنة تأثير استخدام الجزيئات النانوية مع الشمع في الكبسولات الكروية على أداء نظام التخزين الحراري وقدرته.
لقد وجد انه اضافة 3% نسبة كتلية من المضافات تحقق افضل تحسن لعملية انتقال الحرارة من حيث النقصان الملحوظ بالزمن المطلوب لعملية الشحن والتفريغ وذلك لزيادة معدل انتقال الحرارة. كما وجد انه النموذج المتكون من الشمع مع الجزيئات النانوية للنحاس يمثل افضل اداء حراري وذلك بسبب التجانس الجيد للنحاس مع شمع البرافين والموصلية العالية للنحاس. النتائج أظهرت انه مركب الشمع مع 3% من النحاس يقلل زمن الشحن والتفريغ بنسبة 33% و35% على التوالي مقارنة مع الشمع لوحده. اما عند استخدام الجزيئات النانوية لاوكسيد التيتانيوم مع الشمع فان زمن الشحن والتفريغ يقل بنسبة 23% و25% على التوالي.
تم فحص الاداء الحراري للنظام عندما كان محملا مرة بشمع البرافين فقط ومرة اخرى بمركبات شمع البرافين مع الجزيئات النانوية من خلال دراسة الخزن الحراري(TS) والتخلفية الحراري(TH) كدالة للزمن. لقد وجد انه الخزن الحراري يزداد مع زيادة درجة حرارة الدخول للمائع الناقل للحرارة بنسبة 26% و18% عند الشحن والتفريغ مع معدل جريان 9 لتر/ثانية على التوالي, بينما مع زيادة معدل الجريان للهواء, فان الخزن الحراري يقل بعملية الشحن بنسبة 54% ويزداد بعملية التفريغ بنسبة 21%.
التخلفية الحراري(TH) تصبح اكثر اهمية وتأثير بزيادة معدل الجريان للهواء بنسبة 19% بينما تقل مع زيادة درجة حرارة الدخول للهواء بنسبة 19% عند تغيير درجة حرارة الدخول من 65° س الى 80° س ومعدل جريان 9 لتر/ثانية .
وتألفت لجنة المناقشة من
أ.د. ودود طاهر محمد (رئيسا)
أ.م.د. جمال مانع علي (عضوا)
أ.م.د. رياض صباح الطريحي (عضوا)
أ.م.د. نجوى صابر مجيد (عضوا)
أ.م.د. رغد فريد قاسم (عضوا)
بعد امتحان لجنة المناقشة الطالبة في محتويات الرسالة, قررت اللجنة منح الطالبة شهادة الدكتوراه
ملخص بحث الطالبة هو كالاتي:
أستخدام المواد المتغيرة الطور في انظمة خزن الطاقة الكامنة يعتبر هو الطريق الاكثر فعالية لخزن الطاقة الحرارية. مع ذلك, تطوير أنظمة خزن الطاقة الحرارية الكامنة تواجه تحديات كبيرة بسبب التوصيل الحراري المنخفض للمواد متغيرة الطور والذي يؤدي الى جعل معدل انتقال الحرارة منخفض اثناء انجاز عمليات الشحن والتفريغ.
سابقا يتم خزن وتصريف الطاقة الحرارية بأستخدام وسائط النقل السائلة والتي تكون محدودة نتيجة امتلاكها عامل توصيل حراري منخفض وسعة حرارية محدودة. لذلك فأن اضافة الجزيئات النانوية الصلبة الى هذه السوائل يعتبراقتراح لتحسين الموصلية الحرارية.
لتحسين عملية انتقال الحرارة يتم استخدام المواد المتغيرة الطوروالتي تمتلك حرارة كامنة عالية ويتم خلطها مع الجزيئات النانوية الصلبة, لزيادة معدل الطاقة الحرارية المكتسبة والمفقودة. مع ذلك, توجد محددات لهذه الطريقة بسبب تكون تكتلات للجزيئات النانوية داخل المادة الاساسية والالتصاق بجدران الكبسولة التي تحتوي هذا الخليط بداخلها, على الرغم من ذلك, يمكن التغلب على هذه الصعوبات بواسطة استخدام جهاز الخلط السريع لتكوين محلول متجانس
في العمل الحالي يتم شرح طريقة تحسين معدل انتقال الحرارة للمواد المتغيرة الطور الموضوعة داخل الكبسولات الكروية وذلك بأضافه نوعين من الجزيئات النانوية (النحاس و ثاني اوكسيد التيتانيوم) التي بدورها تقوم بزيادة امتصاص الطاقة الحرارية وخزنها على شكل sensible heat خلال عملية التسخين,ثم يتم تغير الطورللمادة الاساسية وخزن الطاقة الحرارية على شكل Latent heat ويتم تحرير هذه الطاقة خلال عملية التجميد او التصلب. شمع البرافيين الالماني يستخدم كمادة متغيرة الطور مع درجة انصهار (58-56)°س. و يتم اضافة الجزيئات النانوية لها لتحضير العالق بأستخدام جهازالخلط السريع. والكبسولات الكروية المصنوعة من مادة البولي اثلين عالي الكثافة مع قطر 0.04 م, تستخدم كوعاء حافظ للخليط المحضر وذلك لمنع اي تسرب او تكتل للمادة المنصهرة. الهواء يستخدم كمائع ناقل للحرارة.
عند مقارنة عملية انتقال الحرارة للمادة متغيرة الطورلوحدها والمادة متغيرة الطورالمحسنة بمواد نانوية, وجد انه من الافضل استخدام شمع البرافين المحسن بجزيئات نانوية.
تم انشاء موديل رياضي بأستخدام برنامج الكومسل 5 لمحاكاة عمليتي الشحن والتفريغ. هذا الموديل يستخدم لتنفيذ التحليل الحراري لعملية انتقال الحرارة بين المائع الناقل للحرارة والمادة الخازنة للحرارة. التغيير بدرجة الحرارة يعتمد على المعادلات الحاكمة المستخدمة والتي يتم حلها نظريا لدراسة التحسن بأداء نظام الخزن الحراري خلال عمليتي الشحن والتفريغ. عند مقارنة النتائج النظرية مع النتائج العملية, وجد انه النتائج النظرية تختلف عن النتائج العملية بنسب منخفضة عند زيادة درجة حرارة الدخول للمائع الناقل للحرارة وعند زيادة تركيز الجزيئات النانوية بالمادة الاساسية.
تتكون هذه التجارب من عملية الشحن والتفريغ. اثناء عملية الشحن,يتم تسخين المائع الناقل للحرارة بواسطة جهاز التسخين الكهربائي ثم يمر خلال خزان حفظ الطاقة لنقل الطاقة الحرارية المخزونة الى الكبسولات التي تحتوي على (المادة المتغيرة الطور او خليط المادة الاساسية والجزيئات النانوية) الموجودة ضمن الخزان. اثناء عملية التفريغ, الهواء البارد يمر خلال الخزان للحصول على الطاقة الحرارية المخزنة ضمن الكبسولات الكروية.
لبيان تأثير الضروف التشغيلية على أداء النظام اثناء عمليتي الشحن والتفريغ, تم اختياراربع معدلات تدفق للهواء (9, 14, 19, 24) لتر/ثانية واربع تراكيز مختلفة للجزيئات النانوية المضافة لشمع البرافيين, لذلك تم تحضير ثمان نماذج مختلفة من مركب (شمع البرافيين+مضافات نانوية) تم تحضيرها بأربع نسب وزنية مختلفة 1%, 2%, 3%, و5%. علاوة على ذلك, تم اجراء العديد من التجارب مع شمع البرافين فقط كوسط تخزين من اجل مقارنة تأثير استخدام الجزيئات النانوية مع الشمع في الكبسولات الكروية على أداء نظام التخزين الحراري وقدرته.
لقد وجد انه اضافة 3% نسبة كتلية من المضافات تحقق افضل تحسن لعملية انتقال الحرارة من حيث النقصان الملحوظ بالزمن المطلوب لعملية الشحن والتفريغ وذلك لزيادة معدل انتقال الحرارة. كما وجد انه النموذج المتكون من الشمع مع الجزيئات النانوية للنحاس يمثل افضل اداء حراري وذلك بسبب التجانس الجيد للنحاس مع شمع البرافين والموصلية العالية للنحاس. النتائج أظهرت انه مركب الشمع مع 3% من النحاس يقلل زمن الشحن والتفريغ بنسبة 33% و35% على التوالي مقارنة مع الشمع لوحده. اما عند استخدام الجزيئات النانوية لاوكسيد التيتانيوم مع الشمع فان زمن الشحن والتفريغ يقل بنسبة 23% و25% على التوالي.
تم فحص الاداء الحراري للنظام عندما كان محملا مرة بشمع البرافين فقط ومرة اخرى بمركبات شمع البرافين مع الجزيئات النانوية من خلال دراسة الخزن الحراري(TS) والتخلفية الحراري(TH) كدالة للزمن. لقد وجد انه الخزن الحراري يزداد مع زيادة درجة حرارة الدخول للمائع الناقل للحرارة بنسبة 26% و18% عند الشحن والتفريغ مع معدل جريان 9 لتر/ثانية على التوالي, بينما مع زيادة معدل الجريان للهواء, فان الخزن الحراري يقل بعملية الشحن بنسبة 54% ويزداد بعملية التفريغ بنسبة 21%.
التخلفية الحراري(TH) تصبح اكثر اهمية وتأثير بزيادة معدل الجريان للهواء بنسبة 19% بينما تقل مع زيادة درجة حرارة الدخول للهواء بنسبة 19% عند تغيير درجة حرارة الدخول من 65° س الى 80° س ومعدل جريان 9 لتر/ثانية .
