THERMAL ENERGY CHARGING IMPROVEMENT OF A LATENT THERMAL ENERGY STORAGE SYSTEM VIA FRACTAL-BRANCHED FINS

热传导 材料科学 热力学 分形维数 自然对流 热能储存 热的 分形 潜热 传热 机械 数学 物理 复合材料 数学分析
作者
Zilong Deng,Xuan Zhang,Zhang Yan,Shusen Jiang,Cheng Yu
出处
期刊:Fractals [World Scientific]
卷期号:29 (01): 2150007-2150007 被引量:16
标识
DOI:10.1142/s0218348x21500079
摘要

The current study achieves a melting improvement of the latent thermal energy storage (LTES) system using fractal-branched fins (i.e., Y-type and T-type fins). A transient melting model with free convection in LTES systems is developed and numerically simulated with the enthalpy-porosity method. The effects of branched fins on the melting performance are discussed and compared to the traditional plate fin with emphasis on the roles of fin parameters. Besides, the optimized configuration is obtained by the response surface methodology (RSM) in terms of the total charging time. The results indicate that the branched fin expedites the melting process, especially for the T-type branched fin. Due to a more desirable fin layout, the LTES system using T-type branched fins presents a more uniform temperature field and faster melting rate, manifesting as the reduced total melting time by 5.6% compared to the Y-type branches. The melting process includes the pre-heat conduction dominated, free convection dominated, and post-heat conduction dominated stages. A T-type branched fin with moderate branch level ([Formula: see text], larger length index ([Formula: see text], and lower width fractal dimension ([Formula: see text] is favorable for the coordinated enhancement of heat convection and conduction. The RSM optimization implies the length index and branch level play more remarkable roles than the width fractal dimension in melting enhancement. To maximize the charging efficiency of LTES systems, the optimal parameters of T-type fin are [Formula: see text], [Formula: see text], and [Formula: see text], which shortens the total charging time by 52.9% compared to the traditional plate fin.

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