Авторы

Теплообмен при фазовых переходах твердое тело – жидкость муравьиной кислоты применительно к созданию аккумуляторов холода

DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-1-3-9
УДК 621.565.2

Теплообмен при фазовых переходах твердое тело – жидкость муравьиной кислоты применительно к созданию аккумуляторов холода

Бараненко А. В., Захарова В. Ю., Тамаров В. В., Файзуллин Р. О.

Ссылка для цитирования: Бараненко А.В., Захарова В.Ю., Тамаров В.В., Файзуллин Р.О. Теплообмен при фазовых переходах твердое тело – жидкость муравьиной кислоты применительно к созданию аккумуляторов холода // Вестник Международной академии холода. 2025. № 1. С. 3-9. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-3-9. [Baranenko A.V., Zakharova V.Yu., Tamarov V.V., Faizullin R.O. Heat exchange during solid – liquid formic acid phase transitions in relation to the creation of cold storage batteries. Journal of International Academy of Refrigeration. 2025. No 1. p. 3-9. DOI: 10.17586/1606-4313-2025-24-1-3-9. (in Russian)]

Аннотация
В работе приведены результаты экспериментального и численного исследования тепломассопереноса при фазовом переходе твердое тело-жидкость в сферических колбах диаметром 66 мм с теплоаккумулирующим веществом – муравьиной кислотой. Эксперимент показал, что средняя величина плотности теплового потока составила порядка 750÷800 Вт/м2 и соответствует 15 мин времени осуществления процесса плавления. К этому моменту около 60% веществ с фазовым переходом переходит в жидкое состояние. Экспериментальные и рассчитанные по нульмерной модели величины плотности теплового потока и объемной доли жидкой фазы муравьиной кислоты отличаются не более чем на 7%. Неопределенность расчетного времени плавления веществ с фазовым переходом составляет около 10%. Полученные в работе данные могут быть использованы для оценки параметров аккумуляторов холода с муравьиной кислотой в качестве теплоаккумулирующего вещества, расположенной в сферических контейнерах диаметром 66 мм. Результаты данных исследований показывают допустимость применения более быстрых нульмерных моделей для расчетов интенсивности теплообмена при плавлении веществ с фазовым переходом в сферических контейнерах и времени работы аккумуляторов холода контейнерного типа. Результаты работы могут найти применение в системах кондиционирования воздуха в помещениях при использовании аккумуляторов холода контейнерного типа с муравьиной кислотой для снятия пиковых нагрузок.

Ключевые слова: аккумулятор холода, экспериментальный стенд, математическое моделирование, муравьиная кислота, системы кондиционирования воздуха.

Список литературы

1. Lazzarin R.Solar cooling. // 40 th Informatory Note on Refrigeration Technologies, 2020. DOI: 10.18462/iif.NItec40.12.2020.

2. Xinle Yang, Zhenchao Yan, Shujuan Bu, Weikang Li, Ning Yu, Chang Su, Shengdong Lu, Xin Wang.Energy, exergy, exergoeconomic, economic, and environmental analyses and multi-objective optimization of a novel combined cooling and power system with dual-pressure Kalina cycle-absorption refrigeration // Energy Conversion and Management. 2024. 315.118781. DOI: 10.1016/j.enconman.2024.118781.

3. Palacios A., Navarro-Rivero M.E., Zou B., Jiang Z., Harriso M.T., Ding Y.A perspective on Phase Change Material encapsulation: Guidance for encapsulation design methodology from low to high-temperature thermal energy storage applications. // Journal of Energy Storage. 2023. 72.108597. DOI: 10.1016/j.est.2023.108597.

4. Cabeza L.F., A. de Gracia, Zsembinszki G., Borri E.Perspectives on thermal energy storage research. // Energy. 2021. no231. p. 120943.

5. Md. Shahriar Mohtasim, Barun K. Das. Biomimetic and bio-derived composite Phase Change Materials for Thermal Energy Storage applications: A thorough analysis and future research directions. // Journal of Energy Storage. 2024. 84. 110945. DOI: 10.1016/j.est.2024.110945.

6. Zheng Hua Low, Zhen Qin, Fei Duan. A review of fin application for latent heat thermal energy storage enhancement. // Journal of Energy Storage. 2024. 85. 111157. DOI: 10.1016/j.est.2024.111157.

7. Murat M. Kenisarin, Khamid Mahkamov, Sol Carolina Costa, Irina Makhkamova.Melting and solidification of PCMs inside a spherical capsule: A critical review. // Journal of Energy Storage. 2020. 27. 101082. DOI: 10.1016/j.est.2019.101082.

8. Tianhao Xu, Emma Nyholm Humire, Silvia Trevisan, Monika Ignatowicz, Samer Sawalha, Justin NW. Chiu.Experimental and numerical investigation of a latent heat thermal energy storage unit with ellipsoidal macro-encapsulation. // Energy. 2022. 238. 121828. DOI: 10.1016/j.energy.2021.121828.

9. Bernardo Buonomo, Maria Rita Golia, Oronzio Manca, Sergio Nardini.A review on thermal energy storage with phase change materials enhanced by metal foams.// Thermal Science and Engineering Progress. 2024.53. 102732. DOI: 10.1016/j.tsep.2024.102732.

10. Allan Takudzwa Muzhanje, M.A. Hassan, Hamdy Hassan.Phase change material based thermal energy storage applications for air conditioning: Review. // Applied Thermal Engineering. 2022. 214. 118832. DOI: 10.1016/j.applthermaleng.2022.118832.

11. W.M. Haynes.CRC Handbook of Chemistry and Physics. FL.: CRC Press Inc., 2010-2011. 229 p.

12. Бобылев В.Н.Физические свойства наиболее известных химических веществ: Справочное пособие. М.: РХТУ им. Д.И. Менделеева, 2003. 24 с.

13. Физические величины: Справочник / А.П. Бабичев, Н.А. Бабушкин, А.М. Братковский и др.; Под. Ред. И.С. Григорьева, Е.З. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.

14. Werner Reutemann, Heinz Kieczka. Formic Acid. //Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry, 2012, v. 16 p. 13-33, DOI: 10.1002/14356007.a12_013.pub2.

15. Atul Sharma, V.V. Tyagi, C.R. Chen, D. Buddhi.Review on thermal energy storage with phase change materials and applications. // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2009. 13. 318-345. DOI: 10.1016/j.rser.2007.10.005.

16. Аймбетова И.О., Сулейменов У.С., Камбаров М.А., Калшабекова Э.Н., Риставлетов Р.А.Теплофизические свойства фазопереходных теплоаккумулирующих материалов, применяемых в строительстве // Журнал Успехи современного естествознания. 2018. № 12 (1) С. 9-13.DOI: 10.17513/use.36966

17. Захарова В.Ю., Файзуллин Р.О., Бараненко А.В., Калимжанов Д.Е.Численные и экспериментальные исследования фазовых переходов муравьиной кислоты как теплоаккумулирующего вещества. // X Международная научно-техническая конференция «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке», Санкт-Петербург, 27–29 октября 2021. С. 176-181.

18. Захарова В.Ю., Файзуллин Р.О., Бараненко А.В., Кузнецов П.А.Методика расчета аккумуляторов холода с веществами с фазовым переходом // Вестник Международной академии холода. 2021. № 2. С. 13-20. DOI: 10.17586/1606‑4313‑2021‑20‑2-13-20.

H. Sattari, A. Mohebbi, M.M. Afsahi, A.A. Yancheshme.CFD simulation of melting process of phase change materials (PCMs) in a spherical capsule. // International Journal of Refrigeration. 2017. no73. p.209-218.