Krzepnięcie materiałów PCM w przestrzeniach walcowych

(zdjęcie: 1/2)

Magazynowanie energii na sposób ciepła opartej na zjawisku przemiany fazowej należy do jednych z coraz częściej stosowanych metod magazynowania ciepła  w energetyce. Na ten temat w literaturze naukowej i fachowej  jest bardzo wiele opracowań. Do przykładowych i wybranych opracowań  można zaliczyć prace [1 – 6]. W tym opracowaniu skoncentrowano się głównie na  krzepnięciu walcowych materiałów PCM (phase change material).

Materiał PCM w stanie ciekłym umieszczony jest w walcowym zbiorniku o promieniu R (rys.1a lub 1b).  Ścianka zbiornika zbudowana jest z materiału bardzo dobrze przewodzącego ciepło. Walec może być chłodzony zewnętrznie (rys. 1a) lub wewnętrznie (rys.1b)  tak, że powierzchnia  chłodząca utrzymywana jest w stałej temperaturze T_W niższej od temperatury krzepnięcia cieczy T_F (T_W < T_F). Strumień ciepła q przepływa do płynu chłodzącego. Zakrzepły materiał PCM posiada stałą gęstość p_s, stałe ciepło właściwe c_s i stały współczynnik przewodzenia ciepła λ_S. Ciepło krzepnięcia materiału PCM (ciepło przemiany fazowej) wynosi L. Frontem krzepnięcia jest cylindryczna powierzchnia walcowa o promieniu δ, która przemieszcza się w czasie t od zimnej powierzchni otaczającej ciecz o promieniu R do osi walca (rys. 1a) lub od  powierzchni cylindrycznej o promieniu R w kierunku zewnętrznym (rys. 1b).