Faz değişim malzemesi ile çift borulu enerji depolamada kanat yerleşim düzeninin erime ve katılaşma performansına etkisi

Enerji depolama teknolojileri, enerji kaynaklarının verimli kullanımı ve sürdürülebilirlik açısından giderek daha büyük bir öneme sahip olmaktadır. Bu kapsamda, faz değişim malzemeleri (FDM'ler), yüksek enerji yoğunlukları ve sabit sıcaklıklarda enerji depolayabilme özellikleriyle dikkat çekmektedir. Ancak, FDM'lerin düşük ısıl iletkenliği, bu malzemelerin pratik ve ticari uygulamalardaki en önemli kısıtlarından biri olarak öne çıkmaktadır. Bu sorunu aşmak amacıyla, FDM ile çalışan enerji depolama sistemlerinde ısıl iletkenliği artırmaya yönelik kanat kullanımı, nanoparçacık ilavesi ve metal köpük uygulamaları gibi çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bu çalışmada da enerji depolama performansını artırmak için kanat kullanımı tercih edilmiş olup, literatürdeki çalışmalardan farklı olarak kanatçıklar FDM haznesinin alt ve üst bölgelerinde farklı oranlarda yoğunlaştırılmıştır. Bu farklı yoğunlaştırma oranlarının doğal konveksiyon akışı, enerji depolama verimi, şarj ve deşarj süresi üzerindeki etkileri birlikte ele alınmıştır. Çalışma kapsamında, kanatlar arası değişken açılara sahip altı farklı kanat yerleşim konfigürasyonu modellenmiş ve ilgili sayısal analizler zamana bağlı iki boyutlu olarak gerçekleştirilmiştir. Erime ve katılaşma sürecinin modellenmesinde entalpi-porozite yöntemi kullanılmıştır. Parametrik analizler sonucunda, kanatların tamamının iç borunun alt yüzeyinde yoğunlaştırıldığı 45°'lik kanat arası açısına sahip konfigürasyonun (Model 6) en yüksek erime performansını sergilediği ve şarj süresini referans duruma kıyasla %27,2 oranında azalttığı tespit edilmiştir. Farklı kanat yerleşim düzenlerinde ortalama FDM sıcaklıkları birbirine oldukça yakın olduğundan kanat yerleşim düzeninin enerji depolama kapasitesi üzerindeki etkisinin düşük olduğu anlaşılmıştır. Katılaşma performansı açısından da 30°'lik kanat arası açısına sahip Model 6 kanat yerleşim düzeni ile referans modele göre deşarj süresinde %129,1'lik en yüksek artışı meydana gelmiştir. Ortalama FDM sıcaklıkları dikkate alındığında 60°'lik kanat arası açısına sahip Model 6 kanat yerleşim düzeninde en yüksek enerji salınım kapasitesi oluşmuştur. Erime ve katılaşma performanslarının dikkate alındığı enerji depolama verimi hesaplamaları en yüksek enerji depolama veriminin %87 ile 45° kanat arası açıya sahip Model 6 ile elde edildiğini ortaya koymuştur. Anahtar Kelimeler: Termal Enerji Depolama, Yenilenebilir Kaynaklar, Faz Değişim Malzemeleri, Gizli Isı, Kanatçıklar