Investigation on latent heat energy storage using phase change material enhanced by gradient-porosity metal foam

多孔性 材料科学 温度梯度 相变材料 无量纲量 复合材料 熔点 格子Boltzmann方法 多孔介质 潜热 热力学 机械 矿物学 热的 化学 物理 量子力学
作者
Shixuan Shen,Haowei Zhou,Yurou Du,Yutao Huo,Zhonghao Rao
出处
期刊:Applied Thermal Engineering [Elsevier BV]
卷期号:236: 121760-121760 被引量:18
标识
DOI:10.1016/j.applthermaleng.2023.121760
摘要

Utilizing an optimized gradient porosity can help with the temperature uniformity and alleviate the temperature aggregation. In this paper, a solid–liquid lattice Boltzmann (LB) model at the representative elementary volume scale (REV-scale) is established to investigate the enhancement mechanism of gradient porosity on LTES units. Three gradient porosity including Chinese-fan-shape, vertical and concentric distribution has been investigated. The findings demonstrate that a well-designed gradient porosity can significantly decrease the melting time, with the best performance observed when using a fan-shape arrangement of a certain gradient. In comparison to a homogeneous porosity, the fan-shape arrangement of a specific gradient reduces the melting time by 36.1 % and ensures a more uniform temperature distribution. Increasing the number of layers from two to five has no remarkable improvement on melting, not exceeding 4.4 % in total melting time. Conversely, increasing the porosity gradient leads to an increase in melting time of no less than 36.1 %. Furthermore, an extended dimensionless number Ram in a range of 150 ∼ 600 is investigated. The results suggest that, with the increase of Ram the temperature aggregation is more significant, and the gains in melting rate are unable to offset the increased heating temperature's impact on the melting time.
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