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Numerical and experimental study of the ocean thermal energy capture process utilizing metal foam–phase-change material (PCM) composites

材料科学 相变材料 金属泡沫 复合材料 功率密度 多孔性 热的 热能 相(物质) 参数统计 环境压力 功率(物理) 热力学 化学 统计 物理 有机化学 数学
作者
Yanhu Chen,Zesheng Yao,Bingzhe Chen,Z. J. Liu,Canjun Yang
出处
期刊:Journal of energy storage [Elsevier BV]
卷期号:67: 107600-107600 被引量:15
标识
DOI:10.1016/j.est.2023.107600
摘要

Ocean thermal energy (OTE) is an ideal in-situ retrievable energy source for underwater profiling vehicles to maintain their long-term mission capacity. A potential method to capture OTE is to utilize the volume change in metal foam–phase-change material (PCM) composites. In this study, a numerical model for the phase change and energy conversion processes was established. The solidification and melting process were observed experimentally to validate the proposed model. Based on the numerical model, a parametric study was conducted to demonstrate the influence of the back pressure, metal foam, ambient temperature and chamber diameter on the phase change process. The results indicate that (i) increasing the back pressure reduces the temperature difference between the solid phase area and the environment, thus increasing the melting time; (ii) adding copper foam with low porosity in the phase-change chamber can effectively improve the net power density of an ocean thermal engine; (iii) the net power density is significantly affected by the hot end temperature; (iv) reducing the inner diameter of the phase-change chamber can reduce the phase transition time. However, to maximize the net power density, an appropriate inner diameter and back pressure must be selected; and (v) after optimization, the net power density is increased by 151.7 %, which reflects the value of the proposed numerical model in engineering applications.
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