ISSN:
1432-1181
Source:
Springer Online Journal Archives 1860-2000
Topics:
Mechanical Engineering, Materials Science, Production Engineering, Mining and Metallurgy, Traffic Engineering, Precision Mechanics
,
Physics
Description / Table of Contents:
Zusammenfassung In der Arbeit wird eine numerische Untersuchung dargelegt, die sich auf das Wärmedämmverhalten einer vertikalen, rechteckigen Kompositzelle bezieht, die neben einer Luftschicht Material enthält, das einem Phasenwechsel ,,fest-flüssig“ unterliegt (PCM). Innerhalb der Kompositzelle ist die PCM-Schicht durch eine feste Trennwand vernachlässigbarer Dicke von der Luftschicht separiert. Die auftriebinduzierten Strömungen in der Luftschicht und in der Schmelzzone der PCM-Schicht werden als zweidimensionale, laminare Strömung Newtonscher Fluide modelliert, die der Boussinesq-Appoximation genügen, während in der noch nicht aufgeschmolzenen PCM-Zone zweidimensionale Wärmeleitung erfolgen soll. Eine Parameterstudie zeigt den Einfluß der Haupteinflußgrößen (der Stefan-Zahl Ste, des Unterkühlungsfaktors Sc, der Rayleigh-Zahl Ra, des Seitenverhältnisses der Kompositzelle A und des Dickenverhältnisse A p /A a ) auf das transiente Wärmedämmverhalten der Kompositzelle. Die Ergebnisse belegen, daß sich infolge der Aufnahme latenter Wärme in der PCM-Schicht der Wärmetransport durch die Kompositzelle für einen beträchtlichen Zeitraum verzögern läßt, bis schließlich die Schmelzfront im PCM-Material die Trennwand erreicht hat. Die Dauer dieser Wärmedämmphase hängt stark von den Parametern Ra, Ste, A p /A a und A ab. Weitere Ergebnisse bezüglich des transienten Wärmestroms durch die Kompositzelle sind in Abhängigkeit von den das problem regierenden Einflußparametern in Diagrammform dargestellt.
Notes:
Abstract The present paper presents a numerical analysis concerning thermal protection characteristics of a vertical rectangular composite cell filled with a solid-liquid phase change material (PCM) and air layer. Inside the composite cell the PCM layer is separated from air layer by a solid partition of negligible thickness. The buoyancy-induced flows developed in both the air-filled layer and the molten PCM zone inside the PCM layer were modeled as two-dimensional laminar Newtonian fluid flow adhering to the Boussinesq approximation. Meanwhile, two-dimensional conduction heat transfer was accounted for the unmelted solid PCM region. Delineation is made via a parametric simulation of the effects of the pertinent parameters: Ste (Stefan number), Sc (subcooling factor), Ra (Rayleigh number), aspect ratio of composite cell, A, and relative thickness ratio A p /A a , on the transient thermal protection performance of the composite cell. Results demonstrate that by means of the latent-heat absorption inside the PCM layer, heat penetration across the composite cell can be greatly retarded over an effective duration until a critical instant until the melting front of PCM reaches the partition wall. Such an effective thermal protection duration is found to be a strong function of Ra, Ste, A p /A a , and A. In addition, the results of the transient heat transfer rate penetrating through the composite cell are examined as a function of the pertinent parameters of the problem.
Type of Medium:
Electronic Resource
URL:
http://dx.doi.org/10.1007/s002310050045
