الملخص

تهدف هذه الورقة إلى تقييم أداء وحدة لتخزين الطاقة الحرارية من منظور القانون الثاني للديناميكا الحرارية، حيث استخدمت تقنية الحجوم المحدودة للتحليل العددي. تم إعداد برنامج حاسوب بلغة الفورتران لمحاكاة وحدة التخزين الحراري التي تتكون من اسطوانتين مفرغتين بقطرين مختلفين وبمحورين منطبقين. وُضِعت مادة التخزين في الفراغ بين الأسطوانتين وعُزِل السطح الخارجي للوحدة، بينما عُرِّض السطح الداخلي لتبادل حراري بالحمل مع هواء متدفق. أُستُخدِم نوعين من مواد التخزين الحراري وهما الحديد الزهر والطوب الحراري، وتم حساب الأنتروبي المتولدة وكذلك اللاإنعكاسية. وُجد أنه أثناء الفترة العابرة، يكون التخزين الحراري واللاإنعكاسية في مادة الحديد الزهر أعلى من ذلك في مادة الطوب الحراري، إلا إن هذا الإختلاف في الأداء الديناميكي الحراري يتناقص مع الاقتراب من حالة الإستقرار.

ABSTRACT

This paper explores numerically the internal entropy generation and hence the internal irreversibility for an annular sensible heat thermal energy storage unit. Finite volume technique is adopted for the analysis with fully implicit numerical technique. A storage unit composed of two horizontal concentric cylinders with different diameters is considered for the analysis. The space between the two cylinders is filled with the storage material. Two different materials with different thermal diffusivities are considered for the analysis; those are cast iron and brick. The outside surface of the storage unit is insulated, while the inside surface exchanges heat by convection with air. The only mode of heat transfer inside the storage material is the heat transfer by conduction. The problem is a two-dimensional one. It is found that during the transient period, both the storage capacity and the internal entropy generation in cast iron are substantially higher than those in brick. However, as the steady state condition is approached with the increase in charging time, the discrepancies in the thermodynamic performance between the two storage materials are reduced.