pcm - bguin.bgu.ac.il/engn/me/documents/letan_mozhevelov_04.pdf20 ˛"˜"˛ ˛ ˚ ˙ ˘ ˇ...
Post on 14-Apr-2020
6 Views
Preview:
TRANSCRIPT
I
�������������� ����� �
������������������������������������
��
����
PCM
������
�
���������������������������������������� ���������
��������
����������� ���������
�����
�����������������������������������������������������������������������������������������
II
�������������� ����� �
������������������������������������
��
����
PCM
����
������������������������������������ �������������
����
����������� ��������
��������������������������������������� ���
���
�����������������
�������������������
������� ���� ���������������
�����������������������������������������������������������������������������������������
I
����!�
� ���� �� ��� ������ � ���� ����� ��� ��� �� ����� �� �� �� �� ���(4m×4m×2.5m)������
������������ ��������� ��� �����������
� ������ ��������� ������� ������� ������ ���� ����������������� ���� ������� �
�� ���������������� � �� ������ ������ ����������� ��� � ���� �������� ������� ���PCM�
��� ����� ��� ���� ���������� ������������� ����������������
��� ������ ������ ����� �� ���� ��� � ��� ����������� � ��� �� ����� ��� ��� ����� �� ������
����������� �� ��� ����� ���������� ��������������� ����������� ����� ������ ����
��� ���� � �� ���������� ��� � ������ ���� � �� � ��������� �������� ���������� ��������
�� ������ ���� �� ��� ���� � ���� ����� ��� ��� �� ������������ � ���� �� ��� � ��� � ��� �� � �
����������!"� ��� ����� � ����������� �����������������������
���������� � ����������� ����� ��� �������� ��� �� ����� � �� ��������
������ �������� �� ������ ���� ���� �� � ������������������������� ����� � ��� �����
����� ��������� ��� ��������� ����� ������ ��������� ������ �������� ��������� ��� ��
��� ������ � ��� � ����������� ������������PCM��
��� ���� �������� � ��������� �������� ��� ���������� ������ ��#PCM����� �
���� ���������� ���� ��������������� ��������� PCM������ ������������ ����������� ����
� ������� ������������ ����� ����������� ����� �������� ������������� � �������������������
�� ������ � ���� ��������������������������
�� ����� �������� � ��� ������� ���������������� ������ ��������� � �20cm� � � �
� �� ��� �����80cm� � ���� ������ ���� ��� ����� � ����� � ���� ��� in-line� ����� ��� � ���
����������� �������� staggered��
� �� ��� ���#� � ����#� ����� ����� ����(transient)���� ��� �������� � ��� �� ��
� ������������� ������ ������ ������� �������� ���� ���������PCM��� ��� ��� � ������
� ��������� ��������� ���� �� ������� ����� � �������� ������� ���� ��� ������ ���
����� ���� ��� ����������Fluent 5.5��������������� ������ ����$PCM�%��������������
EHC�(effective heat capacity method)� ��� �� ���� ��� ��������������������� ��� ����� ���
�� ������������
������������������������ ����������� ��� ����������������� �� ���� � ������ ��
����� ��� � ���� � � �� � ��� ��� ����� � ������� ������ ��� �� ���� � ������ ��� � ���
� �� � ��� �������� ���
II
��
��� ������ �� �������� ����� ������ ��� �� ������ �� ���� ��� recyclable� ������
������������ ��� ����& ������ ����� ������ ���� � ���� ���������� ������������� �����
22-24oC���� ������ �� ������� ����� ����� ���� ��������������������� �� ��� ��� ����
����� � ��� ���� ����� ��� ���
� ��� ��� � ����� �������� ������������ � ���� ���� ������
III
����
�
�
� ������ ���� ������������������������� ���
�
������ ���� ������������ ������� �� ����� � ��������������������
�
��������� � ����� �� � ����� ������������� ��������������
�
IV
� ����������
������������ ���
'�� ������������'�
2�� ��������
�!�'��PCM�(������ ���������"�
��!�'�'�������������� �������"�
��!�'�!�� ��������� ���������������)�
��!�'�*�����������������+
!�!������������ ��� � ����������',�
�!�*������������ ���������''�
�!�"�� ��� �����������'"�
��!�"�'��������� ��#����������'"�
��!�"�!��������� ��#����������!,�
!�- �� ������ ����������� ���������!.�
��!�-�'������� ��������!.�
��!�-�!������ ���( �������� �� �������*'
��!�-�*� ������ ����(������������ �����������*.�
��!�-�"������� ���� (�� ��������� �����������*+�
��!�-�-���������� ������ �������)'�
*���� �������
�*�'����������� ���������))�
��*�'�'��������� ��������))�
��*�'�!������� ��������� �������)+�
��*�'�*��� ������ ����!" ���������.'�
�*�!��� ������ �� ���������.!�
��*�!�'��������� ��������.*�
��*�!�!������� ��������� �������.-�
��*�!�*������ ������ �!" ���������.-�
�*�*� ��� �� � ��������.)�
��*�*�'��������� ��������.)�
V
��*�*�!������� ��������� �������/'�
��*�*.*������ ������ �!" ���������/*�
�*�"� � ��������������/)�
��*�"�'��������� ��������/)�
��*�"�!������� ��������� �������/.�
��*�"�*������ ������ �!" ����������//�
"��� ������
"�'����������� ���������/+
4.2 �� ������ �� ���������+)�
�"�*�� �� � ����������++�
��"�*�'�������� ��� ��������������++�
��"�*�!���� ���������#PCM� ����������������''*�
��"�*�*��� �����������������'!,�
��"�*�"��� �������� � � � ���������'!!�
��"�*�-�������� ������ ��� ����������'!-�
��"�*�)�� �������������������'!)�
��"�*�.�����������������'!+�
�"�"� � ��������������'*,�
��"�"�'������������� ���������������'*,�
��"�"�!������������� � ��� ����������'*'�
��"�"�*�������� ��� �����������'*'�
��"�"�"�� �������������������'**�
��"�"�-�����������������'*"�
-� ��� ��� ��� ����������� ������������ ����'*-�
)������ ��������������'*.�
������
�����'����������� � ���������� �������� ������
����������� ���� �����������'",�
�����!����������� ��� ����������������'-.�
�
VI
������������
�A�������� m2��
�k
LhBi c�������Biot��
�pc�� ���������� ���� ��� ���� J/kg K��
�hD��� ������� �� m��
�D��� �� m��
g��� ��� � m/s2��
� �2
3
�� cw LTTg
Gr ���������Grashof��
�mh���� ������������������ J/kg�
�h�� ������������ W/m2 K��
�i��� ���������� J/kg��
�k����� ��� �� W/m K��
�l��� � m�
�cL������ ��� � m��
�m����� kg��
�n������ ��� ���
k
hLNu c�������Nusselt�
p����� Pa��
�k
c p�Pr������Prandtl��
�q �� ��&��� W/m2��
�q ������������������ ��� ���� W/m3��
�Q�� �� J�
�r������������� �� m��
�0r���������� ���� m��
PrGrRa �������Rayleigh�
VII
��
cLv�Re������Reynolds��
�S������� �������V� m2�
�m
p
h
TcSte
�
��������Stefan��
�t����� s�
�T��� ������ oC� K��
�U������� ������������ W/m2 K��
�V����� m3��
�v� ����� m/s��
�zyx ,,� ������ ����� �� m��
�
����� ������������ ���
�
������� ���� ���� m2/s��
�������� ���������� 1/K��
������� ����� kg/m s�
���������� ����� m2/s��
��� ����� kg/m3��
����������� Pa�
�
�� � � � �����
�
�air��� �
e�������������
ext��� ����
HTF�heat transfer fluid��
int�������
�initial��������
l��� ��
m�����
VIII
r��������� ���
s��� ��
solar���� ��
v��� �������
w�����
wax��� ���
�zyx ,,�� ������ ����� ��������
����� ��� ���
����& ����������
IX
���!�������
������������ ���
�
�� ��!�'���� ����� ����� ���������������(Zalba et al., 2003)������"�
�� ��!�!���� �� �������������� �������������� ������ ��
(Fieback and Gutberlet, 1997)�������)�
�� ��!�*�� ���������������������#�� �����#�� �Viskanta (1983) ����''�
�� ��2.4������� �� ����������������(London and Seban, 1943)����'-�
�� ��2.5������� ������������(London and Seban, 1943)�����'-�
�� ��2.6���������& ������� �� �������(London and Seban, 1943)����')�
�� ��2.7��� �������������������� �� ��� �� �� �����
(London and Seban, 1943)��������'.�
�� ��2.8������������������������ ��(Zivkovic and Fujii, 2000)�����'/�
�� ��2.9������������������������ ��(Zivkovic and Fujii, 2000)�����'+�
�� ��2.10���� � ��������������� ��������� ��#PCM�����������������
�������� ��������(Zivkovic and Fujii, 2000)�������'+
�� ��2.11����� ������ �� ������������������������������
(Sparrow and Geiger, 1986)���������!!�
�� ��!�'!���������PCM�������constrained�(Sparrow and Geiger, 1986)����!*
�� ��!�'*���������PCM�������unconstrained�(Sparrow and Geiger, 1986)����!"�
�� ��!�'"��������������� ������ ��constrained �#unconstrained�
�(Sparrow and Geiger, 1986)��������!"�
�� ��!�'-���� ������ ���interface�������� ����#� ��������������������
(Farid et al., 1996)����������!)�
�� ��!�')���� ��� ���interface ������� ������������������#�����
(Farid et al., 1996)���������!.�
�� ��!�'.�� ������� ��������������������� ���������� ���#������
(Farid et al., 1996)���������!.�
�� ��!�'/���� ���� �� �PCM����������(Rubitherm GmbH)�����!/
�� ��!�'+��� ������������ �� ����PCM�(Rubitherm GmbH)������!/�
�� ��!�!,����� ���������������PCM�(Fieback and Gutberlet, 1997)����!+�
X
�� ��!�!'����� ������������ ��������PCM�(Fieback and Gutberlet, 1997)���*,
�� ��!�!!�������� �� ������������#PCM�(Rubitherm GmbH)�����*'�
�� ��!�!*����� ���������������� ���� �(Onishi et al., 2001)������*!�
�� ��!�!"������� �� ��� � ����������� ��� (cases 1-7)�(Onishi et al., 2001)��**�
�� ��2.25�������� ������������ ��PCM� (cases 1-7)�(Onishi et al., 2001)���**�
�� ��2.26����� �����������������(Athienitis et al., 1997)�����*"�
�� ��2.27����� ������������� ���������������������PCM��
(Athienitis et al., 1997)���������*-�
�� ��2.28������� � �� � ������� ������������������ ��� ��� �� ����� � �
(Athienitis et al., 1997)��������*)�
�� ��2.29������� ������ ��� ��� ��� �� ����� � ������ ��#PCM��
(Athienitis et al., 1997)��������*)�
�� ��2.30����� ������� ����������(Goldenberg et al., 2002)������*.
�� ��1*2.��������� ����� ���������PCM�(Goldenberg et al., 2002)�����*/�
�� ��2.32���� ��������� �� ��� ������ ����(Goldenberg et al., 2002)�����*+�
�� ��2.33���� ����� ����������������(Vakilaltojjar and Saman, 2000)����",�
�� ��2.34������� � ���� ��������#PCM�� ���������HTF��� ���������
��������� ��PCM���� ��(Vakilaltojjar and Saman, 2000)����"!�
�� ��2.35������ � ���������� �����PCM�� ���������HTF��� �����������
��������� ��PCM��� ���(Vakilaltojjar and Saman, 2000)����"!�
�� ��2.36����� ����������� ����� ���������(Yamaha, 2001)�����"*
�� ��2.37�������� ����������������(Yamaha, 2001)������""�
�� ��2.38���� ��������������� ����� ��������� �����(Yamaha, 2001)����"-�
�� ��2.39��� ��� ��� �� ����� � ������ ��(Yamaha, 2001)�����")�
�� ��2.40��� � ����� ���(Farid and Kanzawa, 1989)�������".�
�� ��2.41������� �������PCM��������������� � ������� � ����������
�(Farid and Kanzawa, 1989)��������"+�
�� ��2.42������� ��������� ���� ����� ���������(Esen et al., 1997)�����-,�
�� ��2.43�������� �������� ����� ������� � P-WAX������������ �����
����� ������ � �� ����������� �� ����� ������HTF��
(Esen et al., 1997)��������-!�
�� ��2.44���� ����� ������������� ��������(Bansal and Buddhi, 1991)����-*�
XI
�� ��2.45����������� ��� ����� ���paraffin wax� �� ����� ���� ��������
����� ������� �������������(Bansal and Buddhi, 1991)����-*�
�� ��2.46���� ���������������������(Lacroix, 1993)������--�
�� ��2.47����� ��� ������� ���staggered�(Lacroix, 1993)�����--�
� ����2.48����� ��������������������(Lacroix, 1993)������--�
�� ��2.49����� ��� �� � ������ ���������� � ������������ ��� �� ����
��� �20K�(Lacroix, 1993)��������-)�
�� ��2.50�� �� ����� � ��������������������#PCM�(Turnpenny et al., 1999)���-.�
�� ��2.51����� ��������������������(Turnpenny et al., 1999)�����-/�
�� ��2.52���� � �����#PCM�� � �����������������0� ������
�����������HTF�0.09m3/s�(Turnpenny et al., 1999)�����-+�
�� ��!�-*����������������(Glaich and Finkelshtein, 2003)������)'�
�� ��!�-"������������������ � �(Glaich and Finkelshtein, 2003)�����)!�
�� ��!�--����������� � �RT-27�(Glaich and Finkelshtein, 2003)�����)!
�� ��!�-)���� ������������������(Boch and Dahary, 2003)������)"�
�� ��!�-.������� ��������������� ���1kW��������(Boch and Dahary, 2003)����)"
�� ��!�-/������ �������� ������������(Boch and Dahary, 2003)�����)-�
�
��� �*�'���� ���������������������� ������ �� ����
$�����A��#Goldenberg et al. (2002)�%������))�
�� ��*�!���� ����������������������� ������ �� ���$�����C�%���).�
�� ��*�*���� ��������������������� ������ �� ���$�����D�%����)/�
�� ��*�"����� ����� �� ��������F��������)+�
�� ��*�-���������� ����� �� ���G��������)+�
�� ��*�)���������� ����� �� ���H��������.,�
�� ��*�.���������� ����� �� ���I��������.,�
�� ��*�/���������� ����� �� ���L��������.'�
�� ��*�+�� �������� ���� ������ �� ���#������������.!�
�� ��*�',������������ �������Segregated�������.*�
�� ��*�''�������� ������������ ���� ������� � ��������."�
�� ��*�'!��������� �� ������ ��� �� � ������ ��A������..�
�
XII
�� ��*�'*�������� ����������� ��� ������������ ��), ���� ����� ����
���������� ���(Goldenberg et al., 2002)������./�
�� ��*�'"��� ���������������� ����������� ����� ������������ � �� �
������B-E�����������./�
�� ��*�'-��� ����������� ���������� ����������������� ������ ���A-E� �
t = 120min����������.+�
�� ��*�')�������� ���������� �� �������������������� ������ ���A-E� �
t = 120min����������/,�
�� ��*�'.��� ���������������������� ������������ � �� ������F-L����/!�
�� ��*�'/��������� ���������� ��� ������������� ������ ���F-L� t = 300min���/*�
�� ��*�'+�� ���� ������������ ���������#�����������/"�
�� ��*�!,��������������� ������ ������������� � �!" ��������/"�
�� ��*�!'��������������� ���������� ��������� � �!" ��������/-�
�
�� ��"�'����������������� �������������/+�
�� ��"�!���#������������� ���PCM�(Boch and Dahary, 2003)�����+,�
����"�*������������ �������������� � ��������+'
�� ��"�"��������� ����������� �� ������ ���� ���Holman������+*�
�� ��"�-����� ������ ��� ������������������������ ���� ������� � �� � ����+*�
�� ��"�)�� ��� ������� ������ ������������������+"�
�� ��".7���� �������������������������+)�
�� ��"�/��� �������������� � ����������+/�
�� ��"�+���������� �� ��������� � �$�����A�%�����',,�
�� ��"�',���������� �� ��������� � �$�����B�%�����','�
�� ��"�''���������� �� ��������� � �$�����C�%�����',!�
���� "�'!���������� �� ��������� � �$�����D�%�����',*�
�� ��"�'*���������� �� ��������� � �$�����E�%�����',"
�� ��"�'"���������� �� ��������� � �$�����F�%�����',-�
�� ��"�'-���������� �� ��������� � �$�����G�%�����',)�
�� ��"�')�� ��������� � ��������� ��$�����H�%�����',.�
�� ��"�'.���������� �� ��������� � �$�����I�%�����',/�
�� ��"�'/���������� �� ��������� � �$�����J�%�����'',�
XIII
�� ��"�'+���������� �� ��������� � �$�����K�%�����'''�
�� ��"�!,���������� �� ��������� � �$�����L�%�����''!�
�� ��"�!'���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����A�%��''"�
�� ��"�!!���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����B�%��''"�
�� ��"�!*���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����C�%��''-�
�� ��"�!"�� ������������ � ���PCM�� ��������������� ��$�����D�%��''-�
�� ��"�!-���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����E�%��'')�
�� ��"�!)���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����F%���'')�
�� ��"�!.���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����G%���''.�
�� ��"�!/���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����H�%��''.�
�� ��"�!+���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����I�%���''/�
�� ��"�*,���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����J�%���''/�
�� ��"�*'�������������� � ��� PCM�� ��������������� ��$�����K�%��''+�
�� ��"�*!���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����L�%��''+�
�� ��"�**���� ������ � ��� �����������������'!,�
�� ��"�*"���������� �����������$������A-G�%������'!'�
�� ��"�*-������������ � � ������������ ����� �$������A-D�%���'!!�
�� ��"�*)���������� ����� ����������� � � ����$������E-G�%����'!*�
�� ��"�*.��������� ���� �������� �$������A-G�%�����'!"�
�� ��"�*/���������� ������� ���� �����$������A-G�%����'!-�
�� ��"�*+�� ���� ������������� �������$������A-I�%����'!-�
�� ��"�",���������� ������� ���� �����$������J-L�%����'!)�
�� ��"�"'����������� �����������$������A-I�%������'!)�
�� ��"�"!����������� ������� �����������$������A-I�%�����'!.�
�� ��"�"*���� ������� ������������� ��������� �������$������A-I�%���'!.�
�� ��"�""����������� �����������$������J-L�%������'!/�
�� ��"�"-����������� ������� �����������$������J-L�%�����'!/�
�� ��"�")��������� ��������� ������� ������������� ��$������J-L�%���'!+�
�� ��"�".����������������#PCM���� ����������$������A-I�%����'!+�
�� ��"�"/����������������#PCM�� ������������$������J-L�%����'*,
XIV
������������
������������ ���
�
�����!�'������������������� ��������� ����� ������� ���
(Zalba et al., 2003)���������-�
�����!�!����������� ����� ���� ���������� ����#PCM�(Zalba et al., 2003)���/�
�����!�*���� ���� ����������������������� �(Zalba et al., 2003)�����+�
�����2.4��� ��� ����� �������������������� ����� � �(Esen et al., 1997)����-'
�����2.5������� � �#PCM��������������������� � ��� �����
(Turnpenny et al., 1999)���������),�
�
�����*�'������������ ��� � �����������)/�
�����*�!�������������������� ����������������.)�
�����*�*���������� ��� ������ ������������������� ��������.)�
�����*�"������� ��� ������ ������������������� ������#������ �����������/'�
�
�����"�'����� ��� ������������������� ����������������+'�
�����"�!������ ��������� ������ �������� � ��������+!�
�����"�*������� ������ ������������� ����������+-�
�����"�"��� ������������� � �� � ��� ���� ������ ��� �������+.�
�����"�-�������������� �� �������������'!,�
�
1
'� ���
�������������� ��� ������� ������ ����(PCM)� � ��� ��������� �� �����
������� ���� ��� �������
������ � �������� ���� �� ���� ����� ���� �� ����� ��� ������ ��� ����� � ��� � ���
�������������������� �������������������� ����� ���������0 ����� ��������� ��
���� �������� � ������������� ���������� � �� ������� ���� ��������������� �����
�� ���� ������������� ����� ��������� �� ��������� ��#������������������������ �
� ��� �������������� � ����������������� ������������ �� ������������ � �����������
����������� ���� �������������������������� ���� ��� �������������� ����
��� ��� ������������������������� ���� ������������ �� ����������� ������� ���
� � ��� ���� � ��� ����� � ����� ���� ���� �� �� ����������� ����� �(storage density)��� ���
����� ��������������������� ����� ��������� ����� ���0������ ��� �������� ��� ���
���������������������� ��������� ���������������� ����� ������ �����������������
����� ���PCM��������������� ������������������ ��������� � ������� ����������������
���� ������������������� �Hasnain (1998)� ������ ���PCM���������� �����������������
Fath (1998)��Kurklu (1998) ������������������ ����� � ���� �������� ������� �������
����������� �� ���������� � ��������(polyethylene glycol, paraffins, hydrates)���
Kang et al. (1999)����� ������ ����������� ���� � ��� � �� ����� ����� � � �� � �����
� ����PCM����� ���� ����� �� ������� ������ ��� �� ���� ����������� �� ��� ����
� ����� (Fieback and Gutberlet, 1997)��������� ��������� ���� ���������� ���� ����� ���
����� ���� ������ ����� ����� ������� � ����� ����� � ��� �� � � ���� ����� �� ����#
� �� ������� � ���� � ������ ������ ���� ���� � ������������������������ � �� ��� ��� �� �
(Athienitis et al., 1997, Lee et al., 2000)������� ����������Hasnain (1998)� �������� ������
����� ����� ��������� ��� �����LHTESS�(latent heat thermal energy storage system)��
� ��� &� ��� � � ���� � ������ � ������ ����� ��� ��� �� ����� ������ � ��� ��� ����
��� ���(Sharma et al., 1999)��� ��������� ���������� ���� ��� ������� ������ ������������
Velraj et al. (1999)��Esen et al. (1998)� ����� �������� ��������� ��������������� �������
���������� ���������������� ������� ������� � ���������Fukusako and Yamada (1999)���
�� �� ���� ������ � ����� ��� �� ����� ��� �� ���� �� ������� ���������� � ��� ������
��� ����� ��# ��������� ��������# ����� ��� � � ���������� �������� ���� ����������� �
�������� ��� ��������������������������� ��� ����PCM��� ������������ ���������� ���
2
�
�������������������������������PCM��#HTF�(heat transfer fluid)� ��� � ������ �����
���� ������ ������� ��� ������ �������� ��� ������ � ������������� ����� ����� �����
��� ��� � �� ���� ����� ���� �� ��� ���� �� ��� ��� ��� �������� ������� � ����� ���
������
�������� ���������� ����������� ������� ���� �����������(4m×4m×2.5m)������
������ ������� ���������� ��� ����������� ������ ����� ���� ������� ���� ������ ���� ������
�� ����������� �� ��������������� � �� ������ ������ ������������ ���� ������� ���
� � �� �� ��� ����� ������ � ���PCM�� ���� ������ ���� ��� �� ������� � ���� ����� �����
��� ����� ����
���������������������� �������� ��������������� ���� ������������� ����������� ���� �
������� ������ �� ����� � ����� ��� ������������ �Goldenberg et al. (2002)� ������
��������
������ ����� �� �� � ��� � � ���� ����� ��� ��� ����� � ���� ����� ��� ��� �� �����
� �� ���������� ������ ����� ������� ����� � � ��������� �������� ���������� �������
� ������ ���� � �� �������������� �������� ��������������� ����������� ���� ����� ��
����������������� ������ ��!"������������������� ��� ����� � ����������� �����
� � ��� ��� ����� � � �� �� �������� � ��� ��� �� � ���� ������ ��� �� ����PCM�
� ���������� ����������������� �����������������������������
��� �� ����� ��� ����� � ���� ����� � �� ������ ��� �� ���� ���� ����� � ����� �����
��� ��������������PCM�� �������������������������� ����������������������� �������
� ����������������� ������������� ���������
� ���������� ��� ������� ��������������� ������ ��������� � �� ������ ����� ��� � ���
����������� ��in-line �#�staggered� ����������� ������������� ��� � ��� in-line���
������������������������ ����������� ��� ����������������� �� ���� � ������ ��
����� ��� � �� � ��� ��� ����� � ���� � ���� ���� ������ ��� �� ���� � ������ ��� � ���
� �� � ��� �������� ���
�������������� ��� ���������� ���������������� ������� ������������������ ��
���� ����& �� ���� ����� ��� ��� � ��� � ���� �(recyclable)� ����� � ���� ��������� �����
22-24oC���� ������� �� ������� ����� ����� ���� ��������������������� �� ��� ��� ����
��� � �� ��� ���� ����� ��� ����
3
���� �� ��� #� � ����#� ����� ����� ����(transient)���� ��� �������� � ��� �� ��
� ������������� ������ ������ ������� �������� ���� ���������PCM� ��� ��� ��� ������
� ��������� ��������� ���� �� ������� ����� � �������� ������� ���� ��� ������ ���
������ ���� ��� ���������Fluent 5.5��������������� ������ ����$PCM�%��������������
EHC�(effective heat capacity method)� ������������ ��� ����� ������ �� ���� ��� ���������
�� ������������
�������� ���� ��������� � ��� ���������� ��� �� �� � �� �������� ������ �� ��
� ���������������� ��������� ��� � �� ����� ��� ������� ������ ������ ������ � �
�������� �����������������
��
4
�" ��������
� ��������� ���� ������������ ����� �� ��������� ������� � ���� ������ ����� ������
� ��� ��� � ����� ��� ������ �� ���� ����� ���� �� ��� ����� � �� �� �� �$����� �� �����
������ %� � � ���� ������ ��� �� ��� ������ ������������������� ���������� �����
�� �� ���� � ���� ��� ���#�� �� ������� � � �� ���� ���� ���� ����� ����� � ���� ���� �� �
� �� � ������� ������ ��� ���
�
�"# PCM�$����������
�� ����������� ������������� ��������������� �����������������������&������������
����� ������������ �����
�
�"#"# ��������� �����
��� ������ ��� ������� ��������������������������� ���������������!�'��
�
�
�
�� ��!�'���� ����� ����� ���������������(Zalba et al., 2003)���
�
�
�������������������������������� ������������� ������������ �������� ����
��� �� ����� �� ���������� �� ����� ������ �� ����� ����� ������� ��������� ������#� ���� ���� ��
� �������� � � �������� �� � ���� ��� � ��� � ���� ��� ������ � ���� �� ���� �� ��� ��� �� � ���
� ����������� � �����
5
��� ������� ������� ���������������� ������ ��� �������� ������ �#�� ���������
� ������������� ���� ��� ������������� ���������������� � ������
'�%� ���� � ���
�� ��������������� ����� ����� �
��� ���� � ������� ������������ ���� ��� �
���� � ���� ������������������ ��� ���
!�% �������� � ���
� �������������� ��� �
��� ��� ���� �
������ ������������ ���������� ��
*�% ����� � ����
� ���� �
��������� ���������� �
��# ����� �# ����� ������� � ������
"�% ������ � ���
� ���� �� ���������
�
���������� ����� ������ � ��� � � ������� ��#���������� �������� !�'��
�
�
�����!�'����������� ����� ������� �������������������� (Zalba et al., 2003)��
�
���� ������ �
��� � ��� ����
�� �������� ���������������
�
���� � ��� ���
�
������� ����������#� ����
��� � ����� �������
�������������
���� ������� �������
��� � ��� ���
��� � ����� ���������
������� �����#�� �������� ������
��� ������ ������������� � ��� ���
�
�� �������� ���������������
�� ������� ��� �������
����������
6
!�'�! � ��������� �����������
�1�����
�������0������������ � ������ �� ���� �(saturated)�� ��� ������������#�alkanes�
������������������ ��0 ����� ������������� ��� ��� ������ ������ �����������������������
�����Fischer-Tropsch���������0������ ����� ����� ��� ������������� �������������� �����
�������� ���������� �����������(saturated)������ ��� � ���� ���������� ��������������
������ ������� �� ��� � �� ���� � ������ ����� ���� ����� ���� ������ ����� ��� ��������
������ � ��� ������ ����� ��� ��������� �� ����� ��� ��������� ������ � �� � ����� ����
� ������ ������������������������ ������������������� ��������� �����������������������
�#� ��������������� ������ �� � ��� �������� �������������� � �� ������� �������������� ��
��������������� ����������CnH2n+2���
��1������ ������
��������� �������� � �����0�������������� ��������������� �������� ��� ��#�
18��� �50�(C18-C50)������ ��� ������ �� ���30oC����90oC��������� ��������������
��� ���� �������� �������� � �� ��� ������ �� ������������� ���� ������$�� ��!�!��%
�������0 ������� � ����� � ��� � ������� ������������ �� �����
�
�
��� ��!�!�� ��� �� �������������� �������������� �������
�(Fieback and Gutberlet, 1997)�
�
�1� ���� ����� ����
����� ����������� ���� ���� ���� ������������� ������ ������ ������������������
�� ���� ���PCM$������ ������ ���������������%��� ��� ���������� ����������������� ����
7
�����2.1kJ/(kg K)�������� ��������� ������������180��#�230kJ/kg����� ����� �� ����
��������������� ��������� �� �������0�������� ������� ��� ����������� ��"--�� ��
��������$����� �������%���������������� �������� �����������
��1���� ��� ��
� ����� ������������ ������� � ���� ������������� ��� �� ������� ��� �� �� ���
������ ������ ��������� ��� �� ��� � ������ ��� �� ��������� ����������� ����� � ������
������ ��� ������� ������ � ���������� ���������� �������������������� ����� �������
�� ��������������$� �����������������������%� ��������� ���������������������� ���� ��
� ��$ ������ ���� ������ �����������������%�
��1����� �����
� ������������������ ������ ����������� � ����������� ����������������
����������� ����������� ��� ������� ��� �� ��������� ����750–850kg/m3��� ������� �� �
�� ��800–900kg/m3� ������� ������������������� ����#10%��
�1���� ����
���� ���������� ��������� ����� � ����� ���� ������ � �� � ��������
����� ��� ���������� �����(�55oC� ������ ������ �� �(�40oC������� ������ ������
� ���� ���� �������� ����PCM������ ��������0��� ���������� ����
��1 �����
�� ���������� ���� ���� ��� ��� ����� �� �� ���� ����� �� �� ���� ��������� � � ��
����� ��� ���� �� �� ��� ��� ����� ���� ������ ���� �� ��� �� �������0������ ������� ��
����� ���� �� ���� ��� ��� ����������������� ����� � ���� ��� � �#PCM ����� ����
heat transport medium� �� ���� ��� ����� � ��� ����� �� �� ��� #PCM� ����� ���� � ���
��������������� ��� ��� ����������������������0��� ������ ����������������� ������� ��
� �����
��1� ��� �����
���� ���� ���� ��� ������� ������ ����� � �� �� ������ �� ��� ��� ��� � ���� ��
�������#PCM�������������� ��� �#�PCM �������������0��������� ����������� ��250oC�
$����� ���� � �� �%��� ������ � ������������������� �� ������ �� � ���������� �������
�������� ����200oC���
8
�1��� � ��
����� ���� �� ��� �� �� �� �� ��� ������ ��� ��� �� ��� �� �� ������� �������� �������
� �� ��� �������� �� �� ���� �� ���“paraffin”� ������ � ����� ������“parum affinis”� ������
�������������� �� ������������ ����������� ����� � �� ���������
��1��� � �
�������0�� � �� ������ ������� ���� ��� ���� ������� ������ ���� �� �� � � �����
�����#�������� �#100%�recyclable����������� ��������� ���� ��������������
�
Zalba et al. (2003)�� � ����� ����� �� ����� ������ � ���� �� ����� �������#PCM���
$�����!�!�%�� ���� ����������������������� ��������� $�����!�*�%�
������!�!����������� ������������� ����� ���� �#PCM�(Zalba et al., 2003)��
�
9
�����!�*���� ���� ����������������������� �(Zalba et al., 2003)���
�
�
�
�
!�'�* ����������
������������� ��� ���������� ������������������� �������� �������� ���� �����
��� �� �� ����� � �� ��� �� ��� ��� �� � �� ��� ������ ����� ���� �����(melt enthalpy)��
����� � �������������������� ��������� ���� ������ �� ����������������� ��� ��
�� ��� ������������ ����� �����
10
������ ��������������� ��� ��
(2.1)��������TcmQ p �����
�� ���� �������������� ���� ����������������� ����� ��� �������� ������
�
�(2.2)�������mp hmTcmQ ��������
�
�������� ����� ���������������������������� ������������ ��� ���� ���� ������ ��
�� ������� ���� �� ���� � ������� ������ ��� � ��� � �� ���� � ���� � ���� �� ��� ����
������ ������������
�"� ������� ����������
���������� ����� ��������� �������� ���������� ���� �����������&� ��
�� �� �� ���� � �����������������
������� ����� ����� ���� ���� � ����� ������#��� ����� �� ����� �� ������ � ���
���� ������� �� ����� ����� ���� ������ ������ ��� ��� ���� ��� ��� ��� �� ����� � ����� �����
��� �� ����� � ����� ��� ������� �� ������ ��� ������ ����� � �� ������� �������� ��� ��� �
� ��������� ������������ ������ ������������������������ ���������� �����
������� ����������������� �������� ��������������� �� �����$� �'� %������� ������� �
� �� � �� ��� ���� � �����interface ���� ��� � ���� �� ��� �������� $!� %� �� �� �� ��� �� �
� � �� ���������������� ������� ��� � ������� ��� ����������������(mushy zone)���
������������ ��� ��� ��� �������������������� �� ������������������� �����
� ��� �� � �� � �� (Carslaw and Jaeger, 1959)� ������� ������ ���� ���� ��� �����
(temperature-based method)�������������� �� ��������������&� ������������������������
��������� ����������������(enthalpy method)���� ����������� �# interface���� ���������
���� ��� ����� � ����� �� ��� �� ����� ��� ��������� ����� �� #interface� ������� ����
�������������� ����������� �� ���� �������
�� ����� ����� ��� ����EHC�(effective heat capacity method)� ���� �� ����� �� �����
��������#�PCM�� ���������������������� ��� ����� ���� ��� ���� ���� ���� ����� �#�PCM�
�� ��� � ������� ��� ������ ������ ����� ��������� ��� ��� ��� ����������������
���������
�
11
�"% � ������� ����
�����Viskanta (1983)�������� ����������������� ���$�� ��!�*��%����� �����������������
t� ��� ��������� ������ ������������� sV �#lV������������ ��������
�
�
�
�� ��!�*�� ���������������������#�� �����#�� �Viskanta (1983) ���
�
�
��������� ��� ������ ������������������ ������������������������V���� �������sV�
���� ������ lV������������ � � �S����V������������sS �#lS����������������� �����
�������������������V������������������� � ��������������� ����� ����������������#����
�������������������� ����� ������ �� ��v�
������������ �������� ��� ��������� �������� �
�����������������������������S����V���
���� ������� ���������� ����
�
�(2.3)������)()/( llllll TkTvtTc �����������
�����
l��#���� �����PCM��� ������� �
lc�#������ ���� ��� ����PCM��� ������� �
lT�#������ ������PCM������ ���� �
lk�#�������� ��� ��PCM��� ���������
12
�� ����������� ���� �������������� � ���������� ������� ����� ������������� ���
����� ������ � ������ ���� � ����� �� �� ��� ��� ��� ������� ������ ���� � ��� �� ���� ������
���������� ��������� ��������� ���� ���� ��������� ��� ������ ������� ������0�v�
� ������
����� ����� � ������� ���� �� ��� ������� ��� � �� � ����� �� � � �� ��� ���� ����� �� �
��� ������mT ������������������������� �����0�v�
�� ������� �������� �� ���
�
�(2.4)�������)(/ sssss TktTc ��������
����
s��#���� �����PCM��� ������� �
sc�#������ ���� ��� ����PCM��� ������� �
sT�#������ ������PCM��� ������� �
sk�#�������� ��� ��PCM���������� ��
���� ��� ������ ���� ����������������� ����#������
��������� � ����� ������������ ��� ��� ������ ������ ��������� ��������������� ���
���������� �������� ���� �������������
�
�(2.5) � � � � � � �sllllllss nTknTkvivii �������� � //���
����i�#������ ����������PCM� �v �#lv�#������� � �������� ������ �� ��� � ������ n�(�
��� ��� �� ����� ����
����������� ���� ����� ����
�
�(2.6) �
� � 0��� � llls vv ���
�������� ��� ��ls �� � �#�0�lv�
(2.7)������� � � �lsms nTknTkvh ������� � //��
���slm iih ����(�� �������������������
13
��� ���S��� ���� ��������������������� �����
�(2.8) � 0TT lors � �
(2.9)��������� � 0/ qnTk lors ���� �
(2.10) � � � � � lorsHTFlors TTUnTk ����� 0/�
������������0T$��� ������ �����S%� 0q $��� ����� �������&��S�% #0U$�������� �����������
�� ������S�%����� �������� ������� ���HTFT�#������ ������HTF�(heat transfer fluid)� ���
�����������������������
����������� �� ��� �������� �� �� ��� ������ � ����� � � ���� ���� ���� ����� ��� ��
mushy zone� � ������ �����������enthalpy-porosity� �� ����� ���� � ���� � ��� ��������
� ����� ��������������� �������������������� �� �������� ����������� ���� � ��
�� �������
� ����������� ���� ����� ��0�����
������ ����
�(2.11)��������� � 0���
ii
vx
��
���� ����
�(2.12)������ � � �ijj
iji
ji x
p
xx
vvv
xv
t ��
���
��
��
��� 2
���
������� ����
�(2.13)������� � � � ���
����
�
��
��
���
���
iii
i x
Tk
xiv
xi
t���
�����#������ ������ ix�#������������ �����
��� �������������� �������������������� i� ��� ����������������� mh���
�(2.14)��������mt hii ����
������ ������ ���� �����������
�(2.15)�����������T
T
pref
ref
dTcii�
����refi�#��� ���������������������refT���
������ ������ ������������������������� ������
14
�(2.16)��������Lhm ����
����L�#����� ���� ��PCM� ��#������ ������ �� � ������������������ ��������
���������sTTif �� 0��
���������lTTif ��1��
�(2.17)�������lssl
s TTTifTT
TT��
�
���
������ ������� ��� ������������ ���������������� �����������������#L�� ��� ������
�
������EHC�� �������� ���� ������� ���� ����� ���� ���������� � ��� ���
�������� ���� ���������� ����������������������������� ���� ����� ���������� ��
� �� �������� � ���������������� ������ ���� ��� �� �������������������� ������ �����
���������� ���� �)( pec�� ���������������������� ��� ��� � ������ ��� ���������������
��������������������
�(2.18)��������� ��2
1
m
m
T
T
mpe hdTc�
����1mT �#2mT������������ � �� � ���� � ���������
�
�"� ���������
��� ������ � ������� ����#����������� ��� �������� �(interface)���� ���� �������
� � ����� �� � �� ������� ��� ������������������������������������0�������� ���
$�����Stefan��%�� ������� ������ ����������������� ��������#���������� ���� ������������
������ � ������ ���� �������� ��(moving boundary problems)���� ����������� � �����#
�� �� �������� ��������������� ����������� � �� � ��������� ���� ����#������������
�
2.4.1����������� �������
�����Stefan � ����� ������������������ � ��������������� ��������������������� � ��
���������������������� �� ���������Neumann ����������& ���#�� ���� �������� � ����
�������������� �������������Carslaw and Jaeger (1959)��
15
� ����������� �� ������ � ����������� �London and Seban (1943)����� ����
����� ����� ����������������� ���$���� �� ��� %� �� � ������������������ � � �� � ���
����� � �����
�� ���2.4�� ����������������������� � ���������� ����������
�
�
�� ��2.4������� �� ����������������(London and Seban, 1943)�
$�� ���t�� �����������%�
�
�������� ��������� �����(interface)������ ���������� ��������� ��������������
������ � ������� � �� ������� ������� ��� ��� � ��� ��� ����� ���� ���� �� �� � ��� ������
������� �����������subcooling� ����������� ���� ������������������� ��� �����������
������ � ����������������������� ��������������������$�� ��2.5�%�
�
�
�
�� ��2.5������� ������������(London and Seban, 1943)�
$�� ���t�� �����������%�
16
�London and Seban (1943)�� ������� ������ � ��������������������������� �����
����� � ��������� ������ �� ����� ������������ ����� ����
���� ������#�London and Seban (1943)������& ��� ������� �� ����������������
������� ����������������� ������� ������������� ��$�� ��2.6��%�
�
��
�
�� ��2.6���������& ������� �� �������(London and Seban, 1943)��
�
�� ���� ��� ������������ ����������������& �����
�
�(2.19)����������� ����
���
� �� dtdrrBi
r1
log�
����0/ rrr ���#���������� ����� trh
kTt
m���
����
�
�
����
20�
�#�������������� Bi�#������Biot��
�����������
�
�(2.20) � 1;0 �� �� rt�
�(2.21)������������ �� rrtt ;�
�
������������ ���� �������� ��1��r��
���
17
�(2.22)������� �22
14
1
2
1log
2��
�� ��
�
���
� ��� rBi
rr
t�
���������� ������
�(2.23)��������4
1
2
10
����� Bi
tr
�
�London and Seban (1943) � ��� ���� ��� ������ � ����� ������ �� �� �� �����
����3�Bi$��� ��2.7� �%����� ��������������� ������������� ���������� ����������
����������������
�
�
�
�� ��2.7��� �������������������� �� ��� �� �� �����(London and Seban, 1943)��
�
��� ����� ���� � ��� � ��� ��� ��� �#��� ����� ��� ���� ���������������������������������
Zivkovic and Fujii (2000)�� �������� ����� ���� ������PCM� � �� ������������� �������
� �� �� ��� ��� � ��� ��� �� ����� � �� ���� � � � �� ��� �� �� �� �� �� �� ����� �� ��� ���
����� ������������� �����
���� ��� ����� �� �� ��� � �� ��� ���� ��� �PCM� ��� ������ � ����HTF�����������
(heat transfer fluid)������� ������� ������� ����� ����������������������PCM� � ����
PCM������� ������� ������������ � � ���� ��������� ��supercooling� ������ �������
� ���(isothermal phase change)� � ��� ������� ��� � �PCM��� ��� � �� ���� � ��
�� ������� � �� PCM�� �� �� ���� � ��� ������������������� ����� ��������������� ������
��� ����0�x� � �x���������������������$�� ��!�/�%�
18
���������� ����
�(2.24) ������t
hx
Tk
t
im ��
���
��
�� �
� 2
2
�
����� ����� ���������#�
�(2.25)�������� �!"#
�m
m
TTif
TTifT
�
�
0
1��
���� �
�(2.26)�����������T
Tm
cdTi�
��� ���� ��� ����� �������� � �calcium chloride hexahydrate���
Zivkovic and Fujii (2000)�������������������� ������������� ������PCM���
�
�
�
�� ��2.8������������������������ ��(Zivkovic and Fujii, 2000)���
�
�
������ ����� ��� ���� ����� ��� ������ ����� ��� � �� �������� � ����� ��� ����� �������� ��� �����
�� ��� ��� �� �� ������������ ���� ������mb 1.0�$��� ��!�/� %��� ������ � �� ������������ �
��� mlc 2.0�$��� ��!�+��%�
����� ������ ����� ��� ���� � �� ������ � �#PCM����������������� ���
������������ � �� ��� � � �$�� ��2.10��%�������� ������ �� �� � �� � �0r � ���������
������������������������� ��������������#PCM� �����������������#PCM����������
����� ���������������������
19
�
�
�� ��2.9������������������������ ��(Zivkovic and Fujii, 2000)���
�
�Zivkovic and Fujii (2000)� � �� ����� ������� ���� �� � � ��� ����� � ���� �������
�������� �#PCM������� ������� ������ ������������ ��������#PCM�vs�������������������
���������� ����� ��� �������������� �������� ��������� �������������� �#PCM� �� ���
� ������������ ����������������������������� �������
�
�
�
�� ��2.10�� ���� � ��������������� ���������#PCM�������� �������������������������
(Zivkovic and Fujii, 2000)��
20
�"�"� ���������� �������
��� ����#�� ��������� �������� �������� � ��������� ����� �������� ��� �����
� �� ������ ����(A)�(temperature-based methods)���� �� ���(B)��������������������������
(enthalpy-based methods)������� ���� ���� ������ � ��(Viskanta, 1983)���
�
A��Finite-Difference Temperature-Based Methods��
����� �� � �� � ��� ������ ����� ������ �� � ����� ����� ��� �� ������� ��� �� ���
�� � � ��� �� ������� ������ � ���� ������ ���� ���� ����� �� ��� ��$����� %�� �0�� �� ��
������ �� �������������������������� � ���$� �'� %explicit finite-difference schemes��������������
$!� %implicit finite-difference schemes� $*� %moving boundary immobilization method� ����
$"�%isotherm migration method���
�
�'��Explicit Finite-Difference Methods��
� � ��� ���� ��� ��� ����#�� ����� ����� ������� �explicit finite difference method��
� ������ ��� ������� � �����(������� ���� ��� ��� �������� �������� � ���� � �� ��� ������ � �� �� ���
�#���� �� ���� ������������ ���Stefan�)(heatLatent
solidofheatSensibleSte ��������
�� ����� ��� ���� �� ���������� ���� ���� ���� ����������� �������������
������(weak solution technique)����� �� ���� ����� ����� �� ���� ���������� ������������
� ��������������������������� � ����� � ������� ����������� ����� ����
�����&� ��� ��� ���� �������������������Taylor ������� ����#��������������� ���
� ������� ���������� ���� �������������� �����������������
�
�!��Implicit Finite-Difference Methods��
��� �� ��� ������ �� � ���� ������ ��� �� ����� ���� ��� �� ��� ������ ���� �� ���� � �
���� ������ � �������� ����&���� �� ����� ����� �implicit finite-difference scheme� �������
����� �� � ���#implicit schemes� ���� ����� �� ���� �� �������� ��� ����� � �#�������
������ ��� � ����� � � ��� �����������������������������
Viskanta (1983)��� ����� �������� ����� ��� � ���#��������������������������������������������� ����
(implicit alternating direction technique)����� � ������ ���� ������������������������� ���
���������#PCM��������������� ������������ �������� �������������������� �
�� �� ��� ������� � ����� ��� � ������ � ��� ����� ���� ������ ����� �� ��� ���� ����� ��� ��
21
������ ��piece-wise�� ���������������� ���������#���������������������������� ������ �
Stefan�������
�
�*��Moving Boundary Immobilization��
��� ������������������������������� ������������ ��������� �������������������
����� ������ ����� ��������� ��� ����������� ������������� ��� � ��� ������� ���������
��� �������������� ���� �������������� � ����� ����������� �� �� ����������� ���
�� ����� ��� � � �������� ������ ����� ������������ �������� ����� �����������
��� ����� �� ��� ���� ����� ������� ��� �������� �� �� ����� ������� ����� �� ���� ���
���� ��������� ��������� ���� �� � � �� ���� ����
�
�"��Isotherm Migration Method��
��#isotherm migration method������������ ��� �������� ������� ����� ��������� � ���
���������#����� �� � ��� ������ ��� �������������� ��� �������� ��������������� �����
����� ���� �� ���������� ������� � ������������������� ������� �� ���������������
�� ������� � ��� ��� ��� ���� � ���� ���� ��� ����� ����� ���� �� �� � ����� ��
������� ����� ������ � �� � ���� ���� ����� �� �� ��� ����� � ���� �� �� ��� � ��� �������
������ ���� ��������������� ������������� ������� ������������������������
�
�B��Finite-Difference Enthalpy-Based Methods��
��� ��������� �������� ���������������������������������� ����������� ���
����������� ����� ������ ������� �������� ������ �������#weak solution formulation� ���
����� ���������� ���� ���������� ������������� ��� ��������� ���� ������ � ��������&
�� ��������������������� ��� ���������������� � ������������������ ����������������
����� ������������ ����������� �������� ������ �$������% ����������
������ �������� ��������� ������� ����� �������� ����� ������� �� ������ ������#
�������
�Sparrow and Geiger (1986)��� ���������� ��������������� ����� ��� ��� ���� �����
��� �� ������� ���� ������������ ��� ���� ������ ����� ���� ��constrained� ������ ���
�� ��� ���� ���� �� ���� ����� ��� �� � �� ��� ����� �� � ����� ���� �� ��
(unconstrained)� �������� ����� � ���� ������������������ ������#�� ���� �����
������������������������� ��� ����������
22
���� �� ������ �������������� ��������� ���� ����������� ����3.81cm��� �19.05cm��
��� ���������������������������������� ����36.3oC���
��� ����� �������� ������������������������������2.11��
�
�
�
�� ��2.11�������������������������� ������ �� ��������(Sparrow and Geiger, 1986)���
�
�
��������������� �� �0��������� �(interface)��� ���� ���� �������������� ���� ����������
�������� � ���������� ��� �������� ���� ���� ����� ������������ ��������������� �������
�����quasi-steady���
������������ ���BD��� ����� ����� �� � �����(�wT� ��� ���AD������� � �����
������ �������� ���� ����� ����� ����
��� ������������������ ����������������� ���������lowerA������� ������� �����w�
�
�(2.27)������� � � �dtdMhTTAkw mmwlowerl //����
�
����M�(������� ����������� dtdM /�#����������������� ������������ ���� ������
����������������������
�(2.28)��������� � wLdtdMV l�2//��
����L�#�� �� �����������
�� �� �� ��� � ��� � �� � ����� ��quasi-steady� �������� ���� ��� � ����� �����
����� ����� �������� �����Boussinesq� ����� ����� � ���� �� �� ���� � ������ �����
����� ���� ��� ��� � ��� ���������� �����
23
�(2.29)��������0)( ���
���
�v
rur
�
�(2.30)�����rSu
rr
ur
rrr
pu
r
v
r
uu �
�
���
���
����
���
���
��
��
���
����
��$%
&'(
)��
��
���
����
2
2
2 �
���
�(2.31)�����������
��� S
v
rr
vr
rr
p
r
v
r
v
r
vu �
�
���
���
����
���
���
��
��
���
����
��
���
���$%
&'(
)��
��
���
����
2
2
2
1�
�(2.32)�������2
2
2 ���
�
���
���
����
���
���
��
��
���
��$%
&'(
)��
��
���
���� T
r
k
r
Tr
rr
kT
r
v
r
Tuc p�
�
����u�( ��������������������� v�( � ��������������������#�rS� �S�#��� ����������� �rg�
#�g�#�� ���� �� �������������
�
�(2.33) � ��
���
��
��
���
������v
rr
u
r
vTgS rr 22
2 2
(2.34)������
��� �� �
���
���
������u
rr
u
r
uvTgS
22
2�
�
�������� ��� � ��� ������� � ��������������� ��� �� ����� � constrained�
$�� ��2.12�%������� �� unconstrained� $�� ��!�'*�%�
�
�
�
�
�� ��!�'!���������PCM�������constrained�(Sparrow and Geiger, 1986)��
��� ������ ������������� ����� ������ � ����� �������� �������������� ����� ���
�� ��0��� �interface��������constrained���� �� ����������� �������� ������������� �������
� ����� ������� ��� �������������� ������� ����� ����������������������� �������
24
�
�
�� ��!�'*���������PCM�������unconstrained�(Sparrow and Geiger, 1986)���
�
�
�� � ��� � �����unconstrained� �� ��������� ����� ���� ��� �� ����� ����� ������� ����
�� ���� ���� ���������������� ���� �� ��88-94%������� ��� �������� ���!�'"�� ������ ��
���������������� ������ �����#���������������� ���������
�
��
���������Fourier��� ����2/ cLtFo ���
� ���!�'"��������������� ������ ��constrained �#unconstrained���������������������������������
(Sparrow and Geiger, 1986)���
�
�
�Sparrow and Geiger (1986)������� ������� ���� ��� ���� ���� � � ���� ��� ���
�����������unconstrained���� ���� ��#50-100%�����������constrained� ������ ����� �
����������� ���� ���������������� ���� �� ���� ��� ����� � ������ �������� �������
����� ������ � �� �unconstrained���� �� � ��� �� ������ ����� ����� ��� � ���90%������
������unconstrained����� ����������������� �������������� ���� ������� ������� ����
��� ���constrained���������������#���� ����������#�� ���������������������� �����
����� ��������� �����(unconstrained)� ����� ������#�������
����������
�� ���������
25
�Farid et al. (1996)�� � ��� � ��� ����� ���� ������ ����� ������ ���� ���� � �� ����� ��
������ �interface � ���� ���� ���� ��� ����� ����������# ������������������� �������
����� ���� ��� ��������� ��� � ������� ����� ���������������� ���� ������PCM��
���������� ��� ����������������� ���� �������� � �������� ������� �������EHC�� ��
� � ��� ����� ��� ���� ����� ������ � ��� �� ����� � � ��� ���� ���� ���� ���#������
����� ����� ��� ��� ������������������ �������0����� ������� �����������������
� ���� ��� ��� �interfaces� ����� ��� ����� ��0� � ������ � ������ ����� ����2-4oC�
� ���� ��� � �� � ��� ����� ����� �� ��PCM���������� ���� ��� ��� �� ������ ����� ���� ��
(explicit finite difference scheme)� �� ��� �������� � �PCM��� ��� � �� � ��� � �� �����
�� ���� � ���� ���������� ����� ������ �����������
� ���EHC� ����� ��� �����pec������ ����� �� ���� ���� �� ��� ��� �� ��� ������
������ ����� ��� ����� ����� �����������#PCM���
�������� ��plps cc �$��#�PCM��� ���� ��� ������ ����� ��������� ���� ��� ���������
��� ��%�������������� ����� ����� ���� ��� ��������������������
�(2.35)��������ps
mm
mpm c
TT
hc �
�
��
12
2�
����1mT �#2mT������������ � �� � ���� � ���������
� �����EHC� ��� �� ��� � ������� ���� � �� ��interface�� �� ��� ��� �� ��� �� ��
��������� ���� ������� ���������� ��� � ������� ������ ���� � �� �������������
��� ������������ ����������������������������� �� �����
�������� ���� ������#interface� �� � ������� ������ ����������������
�� �����������!�'-���������������� ���� ����� ��� ���������� ������ � �� � ����#PCM��
�������������� ����� � ���� �� � �� ������������� ���� �������� ���� ����� ������
��� �������������� ���� ����� ������� �� � ��������������
��� � ��� ����� ����� � ��Farid and Mohamed (1987)� ��� ��� � ����� ������ �������
��� ����������������
�(2.36)��������34.0159.0/ Rakk le ��
� ������ � � ���� ��� ��(EHC) �� ����� ��� � ���#�� ����� ��� � �� ����� ����
���������� ��Eftekhar et al. (1984)��#PCM����� SUNTECH P116��
�
26
�
�
�� ��!�'-���� ������ ���interface�������� ����# �������������������� � � ������ ��
� ��� ��� �� ����(Farid et al., 1996)���
�
�
�Eftekhar et al. (1984)������ ����� ��������� ������������� ������ �����������
��� ���
�(2.37)�����3/23/1
1027.0 �� ��
���
���� csl
c
l
e
Ste
Ra
k
hL
k
kNu **�
����cL�#����� ��� �� s*� c*�#������������������ ����� ��������
�� ��� �������� � �#PCM��� �� ��� ��� � �� ���� ������ �� ���� ����� ���� ����� � ���
� �������� ������ �������� �������� ����(explicit)���� �������� ��� ������ ���� �������
pec����������� �������� ������������ �����44oC��
� ��� ���!�')� !�'.� ������ � � ����� �� ����� � � ���� � ���� � ��� ����
��������� ��������������� ����� ����(interface)��� ������� �� ����
� ����� ��� ��������������������� ���� ���������� ��� ��� ������������������
� ������ ������ ��� � ������� PCM ������ ���������
27
�
�
�� ��!�')���� ��� ���interface���������� ��!�'.����� ����������������� ��������
������� ������������#������� ������� �������#������
(Farid et al., 1996)����(Farid et al., 1996)�
�"& � ����� ����������� ������
� ������ �������� ��� ����� �� ��� ��� ����PCM� ����� � ��� � ���� �� �� �� � �
�� � ���� ��� ������� �� ���� � ��� �� ����� ������� ������� �� ��� ������ ��� ����� �� ��
������������� ���� ������������ � ������
����� �������� �� ���� ����� ���� ������ ������� �� ��� ���� ��� ��� ��� � ��� ����� ���
� ������������ � ����� �������� �������������������� ������ ����������������������
������� ������ ��� � �� � � ����� � ��� ���� ������� ��� �� ������� � �� ��� ���� ��
� �����
�
�"&"#�����������
� � ���!�'/������ ���� ����� �� ��� � ���� ��� ��� ���� ����� ��� ����� ����� ��� ���
��������� ����
�
28
�
�
�� ��!�'/��� ��� ���� �PCM����������(Rubitherm GmbH)��
�
����� � ������ ������� ������ ����$����'�� ����!�'/%��
������ � �(fiber)� ������������ �� �� ���bulk material������ ��� ���� ���������
������������������������������������������ ����� � $� ���!�'+�%�
�
�
�
�� ��!�'+��� ������������ �� ����PCM�(Rubitherm GmbH)���
��
��
��
��
��
29
������������ �� ����� �������� ���������������������� �����������������������
���������� �� ���� ������ ������������� �� ����� �� ��� ��� �������������� ������
����� ������ ��� ��� �� ����� ��������������
��� ����� ������������������� ������ ���������������� ����������� ���
�������������������
�
�������� ��������#�����$����!�� ����!�'/%���
� ������� ���� ����#�� ��� ����� ���� �� ��� ���������������������� ��
� �� �$����� ������� �%� ����� � ���� ���� ��� ����� � �� � ����� ����� ��� ����� �� ����
��� � ���8��#14cm� �RUBITHERM GmbH�� ������������������ ���� �������� ����
� ��� ���$�� ��!�!,��%������������������������ �������������������������� �����������
�#50%� ��� �� � ��� ��� ��� � ���� �� � � ������ � �� �� ��� ����� �� ������ ����� �������� ������
��������� ��������������������� ��� ����������� � �� ���� ��������� �� ������� ���
� �������� ���� � ����� �������
�
�
�
�� ��!�!,��������� �����������PCM�(Fieback and Gutberlet, 1997)��
�
�
������ ��������$����*�� ����!�'/%��
������ ���� ������� �� ��� ������ ����� ��� ���� ���� ���� �� ��� ������� � ���
������ ������ �������� ��������������������������������� ���� ���� ���������������
� � �� � ������ ������ ������ ����� ����� �� � � ����� ���$� � ��!�!'� �%������� ��� �� ��
� ���������� ���
30
2��������������� ���� ���$��������2–2.5����������������������������� ��
������� ���� ������������������ ����� ������#10K�%�
2����������� ��� ����� �� ������ ���� ���� �������� �����������
2�����25%����������������������� � ������� ��������������������������
���� ���������� ���$���� �����������%�
2��� ��������� ����� �����PCM� ���� ������� � ����
2��� ����� ��������������� � ������������ ���������� ����� � ���������
2������� ���������������������� ��������������������
�
�
�
�� ��!�!'����� ������������ ��������PCM�(Fieback and Gutberlet, 1997)��
�
��� �� ���� ����$����"�� ����!�'/%��
��� ��������� ���� � � ��������������������� ������� �� ���� �����������
���������� � ����� ���� � � ���� ������� �� � � ���� ����� � ��� � ��� � ������� ��������� ���
$� � ��!�!!� �%���� ����� �� �� ��� � �� � ������� ����(granulate)����� ������ ����� � �� �
� ���� ������� ��� �� ��� ��� �������� � � ����������������� ���� ������������� ��� �
����� �������� ���
�
31
�
�
�� ��!�!!������������ �� ��������#PCM�(Rubitherm GmbH)���
�
�
�"&"��� ��������$������������ ���"�
�Onishi et al. (2001)� �� ��� � �� ��� ��� �� �� ��� ��������� � ����� ����� ����
��� �� ����� ���� ��� ����� � ����� ������� ��� ������� � ������ ����� ����� �� ��� � �
Trombe wall� ������ ���� � ��� �� �� ��� ����� ����������������� � ���� ��� ��� ��� ����� ���� ���
�#�Sapporo� ������������ ������� ���������������������������� ����� ���������� (18oC)���
���������������������DHSS�(distributed heat storage system)�������� ����������
� ����� ������������ ���������� � ������������� �������� � ���������� �������
� ����� �� ����� ������ ������������ ����� ��������� �������������� ��� � ��������
�������������� � � ��������� ���#active heating system���
��� ���� ����������������� �!�!*���
������ ����� ���(CFD simulations)������������ ��� �� ����
+ Case 1����� ���� ����� �������������������50mm�(Trombe wall) � ��� ���� ��������
+ Case 2��� ����� �������������������#PCM��� ���50mm � ��� ���� ��������������� ��
PCM��������� ����� ���!-3�������������������������� �����PCM����30–31oC��
+ Case 3� ��� ����� ���#Case 2�� ��� ����� ����� � ������ �����#PCM����� ����������
35–36oC��
�
32
�
�
�� ��!�!*����� ���������������� ���� �(Onishi et al., 2001)���
�
�
+ Case 4������������#Case 2���������������� �����������#PCM� ���������
20–21oC��
+ Case 5������������#Case 1���� � ��������(Trombe wall)� ��� ��������
+ Case 6������������#Case 2���� � ��������(Trombe wall)� ��� ��������
+ Case 7������������#Case 3���� � ��������(Trombe wall)� ��� ��������
�������5-7����������������� ����������� ��� ���� ���18oC���
������� �� ��� ����Onishi et al. (2001)� �����CFD� � �� “SCIENCE”��� ����� ����
24x37x16����������������������������# fully implicit������������st 15�����
��� ���!�!"������� �������� ����� ���������
� �����"�� � ����#PCM� ������� ���� ������� � �� ����! �#�*� ������� ���� �� �����
�� ���� �� ��������������������������������� ��������� ���� ��������� �������������
������� ������������� ����������������� �����������������
�� ������--.� ���� ���� ������ ��� ����� �� ���� �� �������18oC������ ����� �� ��� �
���� ����������
33
�
�
�� ��!�!"��� ��� � ����������� ������� �� (cases 1-7)�(Onishi et al., 2001)��
�
�
�� ���2.25��� ���������� ����������� �������PCM�������� ���� �������!-.���
�
�
�
�� ��2.25�������� ������������ ��PCM� (cases 1-7)�(Onishi et al., 2001)��
�
�
��� ����������� ������������������� ������#PCM�������"� ���� ����������������� ��
)-.�������������������� ��� ������������������30–35oC���
�����Onishi et al. (2001)� ��� ���� � ������ ����� ������ � �#PCM�� ����� ��
�������������� ������� ������� ����������
34
� ��� ����Athienitis et al. (1997)�� � ���� ��� ��� � � �� ����� ����� �� ��#PCM������
������������ � ��#passive solar test-room� ���� ������������ �� ��������������� � ��#
PCM�� ������������ ������
'% �������� � ���������� ������������PCM�������������� ����� ����
!% � ����� � ���������������PCM������� ��� ����� ������ ��� �����������
�� ����� � ����#�full-scale test room� � � ��2.26� ���� ������ ���� � �� �� � � ������� & ��
PCM� �� ��� ����� ��� ���� � ����2.4m2 K/W ���� � ���� 3.6m2 K/W�������������������� � ���
#5.4m2 K/W������ ��������� �� ��������� ���� ������ ��� ��baseboard� ceiling panels�
������ ��� � ���� ���������������������������� ��������� � �PCM� �������� ��� ���
����������� � �����������������������
�
�
�
�� ��2.26����� �����������������(Athienitis et al., 1997)��
�
����� ��� � ������� �PCM�����13mm� ����� � �������������PCM$������� ����%����������
20m2� ��� �PCM� �����47kg� ������� � ��� ����� ����� �� ������ ���� ��� �� � ����� ����
������ ����� ��� ����� �� �� ���� �� ������ ��� &� �� ��� ����� ����� � ����– 25oC� �� �������
�� ����� �������� ���� �����(6:00a.m. to 5:00p.m.)��(�23oC���������� �(�16oC���
�#PCM�(butyl stearate)����������� ����� � ������� �����16��#�20.8oC���
��������� ��������������� ��� ���� �� ���
'� ���������#PCM� � ����������& ����������� � ���� ������� � ���� �� ���� � ��
�� ���� �� ����� � ���� � ����� ��� ���
35
!� ���� ��������������������#�������� �����PCM ����������������� ���� �#�����
�������������������� ������� ���� ��� ��� �������� ���0���� ����PCM���������� �
������� ����������� ������������� ����� ������� � �PCM��� ����(�900kg/m3� �� ��� ���
��� ��(�1260J/kg K� ����� ��� �(�0.21W/m K�� ���� � �(�30,700J/kg���
������������ ��������$�� ��2.27% ��������������������� ������
�
�(2.38)�������� � � �
mqx
txTk
t
txTc �
�
��
��
2
2 ,,��
�(2.39)����� � � � � �� � 0,0
,intint ����
��
� xatqtTTthx
txTk solar�
�(2.40)����� � � �� � surfaceoutsideatTtxThx
txTk extext ��
��
� ,,
�
� ���intT�#����� � �� � ������� extT�#�� ���� �� ������� solarq �#�� ������ � �� &������������ �
��� ��������������������������� �(2.38)� ��� �������� �����
�(2.41)��������dt
dfhq s
mm �� ��
��� sf�#�� ���������
�
�
�
�� ��2.27����� ������������� ���������������������PCM�(Athienitis et al., 1997)���
�
�
������ ���� �� ������� ��� �� ��� ������ ����� ��� �� � ����� � �� �� ���� ����� �
� ������$�������� � ������� ������PCM��%�
�� � ���� ��� �� � ����� � 2.28� �� ��� � �� ��� ����� ���� ��� �� �����PCM���� �� ��
21oC� � ��� ������� � �� ��� ������ �� 27oC� �� ��� ������� ��� ���� �����PCM������ ������
36
��������� � �� ���� �� ���� ��� ���� ��� �� �� ����������������������� � ����������
�������� ����
�
�
�
�� ��2.28�������������������� � �� � ������� ������������������ ��� ��� �� ����� �
(Athienitis et al., 1997)���
�
�
�
�
�� ��2.29��� ��� ��� �� ����� � ������ ������� ������ ��#PCM������������������
(Athienitis et al., 1997)���
�
�
��� ���2.29� ���������� ����� ����� ������ � � ����� ��� �������� �� �������
� �������� ��������������������������������� ������� ���������������������� ��
37
�� ���� � ������ ��� � �� ��� ���PCM�� �� ���#1-1.5oC������ ���� � � ��� �� ������ ����
������� � �������������������� ���������������������������������� #�'-3��
Athienitis et al. (1997)�������� ������������ ������� �������������� ����
������� ������ ������������� ���� � �� ����� � �� � ���� �� ������ ��� ����� �
��������� ��� ������� ������ ����#����������� �������������������������������
�� �����
� ��� ���� � ��� � ����� �� �PCM��#passive solar building��� ������ ������� � ���
�������������$���� ���������������� ���%������#4oC�������������� �� �� ����� ��������
�������� ��������� �������������
�
�"&"%������� ��� �$������������ ��������
������� ���Goldenberg et al. (2002)� ���� ������ ���� ��� ���������0�������� ���
� �� ����� � ��� ������� ����� �� ��� �� ������� � ���� ������ ���� ���� �� �� ���
�������������� �����
� �� �� ���� � ��� ������� �� ��� � ������ ��� ��� ���(60cm×50cm×45cm)�����
��� ������� ���� �(75cm×66cm×66cm)���������� ��������$�� ��2.30��%�
�
�
�
�� ��2.30��������������� ������� (Goldenberg et al., 2002)��
38
��� ������������������ �� ���� ���������� ��� ����2cm����������� ��� ���������������
����� ������� ������� ���� ������ �5cm����������$����� ������� ���%������������ ��
������� ������������ �������������� �� � �� ������� ���� � ����PCM� ��� ���� �����
� ���������������� ����� ���� ����������������� ���� ����� ���������� ���� �#82� ���
��� ��� �� ���staggered� 5.5mm×4mm����� 267mm�� ����� ���2.31���
�
�
�
�� ��1*2.��������� ����� ���������PCM�(Goldenberg et al., 2002)���
�
�
�� ����� ���� ����� ���� �������� ���������������������410cm3����PCM���� �PCM�
�� ���� ����(RT-25)������� � ��#PCM ��������� ������� ����747kg/m3� �����������
206kJ/kg� � ���� ��� �0.2W/m K� � �� ���� �� � ���2.5kJ/kg K� ��� ���� ������ �����
23oC�� �� � ��� � �� � ��������� �� ����� ����������� ����� ���������������������
����������
�� ������������ ������ ����� � ������� ����� ����40oC���� ����� ��� ����� ������
��� ����� ���������� �� �� � ����� �� ����� �������������������� ������ ����� �������
�#PCM� ��1.5���� ������ ������ � �������������������������30-35oC��
�� ����� ����� ��������� ��� ������ ������������������� ��������������#PCM�
������� ������ ������ ����������������������������28-33oC���
�� ��� ��� � ���� ��� ��� ����� ������� � ����� �� �� � �� �� ������ � ��� ���� ��� ����
� ����� ��� ��� ��� ���� ��� �� ����� �� ������30oC� ��� ��� ���#PCM�� ������#4.5� ���
������� ������ ������ �����������26-28oC���
39
��� �� � ��� ��� � ���� � ���� � ��������� � ������ ����� ��� ��� � � � ��2.32� ������ ��
�� ����������� ������ ���������������������������� ���������� �����������#2.1� ���
���� ���������� ����� #24oC����33oC���� ��������� � �������� �� ����� � ������#45oC�
#52oC�������
�
�
�
�� ��2.32���� ��������� �� ��� ������ ����(Goldenberg et al., 2002)���
�
�
�� � �� �����Goldenberg et al. (2002)� ��� � ��� ��� �� ���PCM�� ����� ��
� ������� ����� ����� ������������ ���� ������ ������������������������ ������������
��� ��� �������������������������� ������ �� ������ ������ ������������������ ��
����
�
�"&"� ������ ��� �$�!���������� ��������
�� ��� ����Vakilaltojjar and Saman (2000)���� ���� ��� ����� �� ���� �������� ��
�#PCM� ������� ���������� ��������� �� ��!�**����� ��PCM� ������������������������
�������������� ���� � ������ ���� ������ ���� �� ���� ���������#������� ����������� �����
���� ��������������������� ���� ����������� �������������� ���� �������� ����������
������������������ ������ � � � ������� ��� ��air gaps���
40
�
�
�� ��2.33���� ����� ����������������(Vakilaltojjar and Saman, 2000)���
�
�
���� �����������������PCM����� ����������������������������� �������� � ������
� ������������
������ ���� ����������� ������� ���#PCM�������� ���� ������������� � #������
��� �����������������
'� ��������� ���������� ������#PCM��
!� ���������� �#PCM�������� �� ��
*� ��� ������� ��� ���(HTF)�������
"� �� ������ ������ �� � �� ���� �� ������ � ������� ��� ����� � ���� � ��#quasi-steady�
� ����������� ��steady-state��
-� � ���������� ������������� � �� ��PCM ������
)� �������� ������� ����� ������#PCM���������
����� �� �� �' ����� ��� ���� �����0�� ��� ���#PCM�� ������� ���� �� ����
� �����mT� ����� �����)0( �t� ���� ��� �� ������ ���� ��� ��� �� �� �� �� ������ #wT�
)( mw TT ����������������������� ����� ����� �������������������
����� ��� ���������� ����'(Neumann Solution) ��� ���#Carslaw and Jaeger (1959)��
�
�(2.42)�������)()exp( 2 serfssSte ���� ,�
��� �s�#����������������������������������� ����� ������ ���� ���� ������ � � ���� ��� ���� ��
Carslaw and Jaeger (1959)� Ste�#������Stefan���
� ������� ��� ���������� ��Kays and Perkins (1985)��
41
(2.43)������ �- .� �/�
��� �����
k
iiwiwiHTFHTF TTzlTT
11,,
0 1 �
����0HTFT�#������ ������HTF�� ���������� � � � �PrRe//2 hDll ���#����������� �� �
� � PrRe///2 hDzz ���#��������������� � � � �0/ HTFwHTFHTFwHTF TTTT �����#������� ������
�������
���� �!������������������ ��� ���������������������������� �������#PCM���� �������
)( 0mHTF TT 0� ��� ��� � ��� � ������� ��� �(sensible heat)�� ���� � ��� � ��� � �� ���� ���
(latent heat)�������������������
�(2.44)���������22sSte ��
�
Vakilaltojjar and Saman (2000)� ����� ���������� ������ � ������������' �#!����������
� ��� � �� ���wT�� �� ��� � ��#mT� �Vakilaltojjar and Saman (2000)����� ��
������ ����� ���#�PCMthHTFth RR �������Rth�(���� ��������
�� �� �*� ���������������wT� �mw TT ��� �����������#� �� �)interface(�� ��� �� �� ����������#
PCM� #HTFw TT �����������
�� �� � ���� ������ �� ������ �� ��calcium chloride hexahydrate� ������� �����
�� ����#potassium fluoride tetrahydrate���� �������#PCM��������������������
��� ������ ������ �� �� � ������ � ��� ���� �� �� ���� � �� �����#PCM�� ����
� ���� ������ ����� ��� ��� �������� ��������*� ���� ������
���� �������'������� ���������� �����������wT����������� � �#PCM����������
�� ����#HTFw TT � ������� � ��� #PCM��������� ��wT��� ������������������ ����� ��#
mT� ������������� ��#HTFthR������� ���� �������wallthR �#PCMthR� �� ����� ��������
��� ��� ��* � ���������
�Vakilaltojjar and Saman (2000)������������ �� ���������� ��������������� ����
������������������������������ ��� �����#PCM��� �������(600 kg)������ ���2.34�
2.35�������������� � �� ����� � ������ ���������������� � �� ���������� ������
����� ������ �� �� � ������ �� ����� ��� �� ��� � ������ �PCM� ��� �� � ��� ��� �� �� ����
overallU� ���������������HTFthR������ ��� � ����� ��������� ��������� ��������������������
� ��PCM��������������� ���$�� ��%�������������������
42
�
�
�� ��2.34������� � ���� ��������#PCM�� ���������HTF��������� ����� ��������PCM�
��� ��(Vakilaltojjar and Saman, 2000)���
�
�
�
�
�� ��2.35���� � ���������� �������PCM�� ���������HTF��������� ����� ����������PCM�
��� ��(Vakilaltojjar and Saman, 2000)��
43
������ � ������ �� � �� ����������� �� ������ Re�� �������$�������� � ����� ��
�� ������������ � ���� �� ������� ���� %� � ���Nu����������� ������������������� �
�� ������� ���������������������������������������$�� ��%������������������������������
��������
�� ���Vakilaltojjar and Saman (2000)� �� ���� ���� ��� ������� ���� ������ ��� �����
�������� ��� ���� ��� ���� ��� ������ ���� �� � ����� � �� �������� ��� �������� � ������ ��� ��
�� ��������� ������������������ ���� �� ������������������������� � ��������� �
��� ����
����������Yamaha (2001)� � ����������� �������������������� ������ ������ ��
��� �����������#PCM� �� ��2.36� �� ������ ���������&� ����� ����������� � ��������
� � ����������������� ���
� � �� � ���������������� ����������� � �� � � ��������������� ������� �������� ��
� ���������� ����� ����� ����
�
�
�
�� ��2.36����� ����������� ����� ���������(Yamaha, 2001)�
�
�
����������� ��� ������� (�550mm� ��� �(�304.8mm� ��� �(�66mm� ���������� ������� �
��������� ��������1455mm� ��� �428.8-453mm��� ��� �� ��� ��� �50mm� �� ��2.37��
� � �PCM� �� �����n-Hexadecane� ����� � ������ ���18.2oC������ ����� �
229kJ/kg���
44
��� �� ��� ����� ������� �� � � ������� 9-17oC � ����� � ���#22-30oC�� ���
���� �� ����� �� � ����0.5-2m/s� ������� �������� �� � ����� �� ����� ����� ���� � �������
������������������������������ � ����������� ��������� (������
�
�
�
�� ��2.37���� ��������������������(Yamaha, 2001)��
�
�
��� ���� ���������� ������������ � ��2.38��� ��������������� �� � �����
���� 9oC �#30oC���������������������� �� ����0.75m/s �#1.75m/s�� ����������� ������
�������������������� ������ ��������������� �������� ��� ��������� �� ��� ����
�� ����������� ������ ���������� ������������ � �������� ����������������� ��� ��
����� ������ ��� ��� �� ��� �� �� � ������ ��� �� ��� ���� �� ������ ��� ������ �� �����
�������� ���� ���������
��� �������� � �Yamaha (2001)�������� � ���������������� ���������������
������ �� ��� ��� ����� � ������ ���� ���� � ���� � �� � ������ ����� � ��� ���� �����
�� ���� �������
������� Yamaha (2001)� ������������ ������������� ������������������ ������ ����
�������� �� ��������� ���� ������������������ ���� ��� ������ ��������������� �� ��
��� ������������� �� PCM����� ���������� �������#� ����������� ����������
�� ���� ����������� �������� � �2.39������ � ��������������� �� � �����9oC �#
30oC�������� �� ������0.75m/s��
45
�� ��� ����� ��� ���� ���� � ���Yamaha (2001)� � � ���� �� �� ��� ���� ���� �����
���� �������������� ������������������ ��� ��� �� ����PCM�� �����������������
����� ����� ����� ��� Yamaha (2001)������ ���� � ��� ����� ��� ���� �� �� ����
� ���� �������������� ����� #�PCM���� �PCM����� � ������� ��������� �� �����
�#Tetradecane������� ���������6oC�� �# Hexadecane������� ��������18oC�����������
������������21.3m2� ���������������������� ������ �����������1.23W/m2 K� ��������������
��� ���� ���� �������� ������ ����� ���������������� ����������$�����)����+����� �')�
���!'%� ���������������� #PCM� ��������������� ��������� �������� �������� ����� ��
��� ���� ��PCM���
�
�
�
�� ��2.38���� ��������������� ����� ��������� �����(Yamaha, 2001)���
�
�
Yamaha (2001)�� � ���������� ���������(ventilation loss)������� �����������
�� ��� ��� #PCM� � ���� ���� ��� ���� �20%�� � ���� ���� ��� ���������#�10kg� �� ��PCM����
������� �����10oC��
46
�
�
�� ��2.39��� ��� ��� �� ����� � ������ ��(Yamaha, 2001)���
�
�
�Farid and Kanzawa (1989) ������������� ������������������������� ���������
��� ���� ���� �������������� ����� ����������������� �PCM� � �����������������
��������� ��������� ������ ����������� ������ ����������������� ��PCM���������������
������� ������ �������� ����� ��������PCM���� � �� ������� ��� � ���������� �� ��
� ��������������������������� � ������������������������������� �����������������
�� �������� ����� ���� ��&������� ���������� ������� ����� ���� ������ ���� ��� ����
������� ��������������������� ������� ���� �������� ������������� ���� ������ ������
� ������������������ ��� ������������
�Farid and Kanzawa (1989)� � ����� ��� ��� ����� � ��� ��� �� ��� ���� �����
��������������� ����������� ������ ��� ������ ������� ��� ��� � ����in-line� �� ��2.40���
���������������� ���� � ��������������� ���������������������������� ���� ���
������� ��� �PCM�� ������������������������������������� ��������������� ��� �����
����� ����������� ������� ������ �� � ������ �������� ��� ������#PCM���������� �
�������� ������� �������������� � � ���������� ����� �������������������������
�������
47
�� ����������������������� �������������� ��������� ����������������� ������������
� ������� � ������� �������� ��� ������������������� ��� ���������������� �������
��������������� ������� ���� � �������������������� ��&������������ ����������� ��
������
�
�
�
�� ��2.40��� � ����� ���(Farid and Kanzawa, 1989)���
�
���������� � ������������� ��&������ ���� ���������� ������� ���������������
�������� � #PCM��������������������� ������� ������� �������������������������
�
�(2.45)�������t
T
r
T
rr
T
��
��
���
����
��
���
���
��11
2
2
�
���������� ������� ����
�
�(2.46)�������00 ����
ratr
T�
�(2.47)�����wairw rratTT
k
h
r
T���
�
���
����
)(�
�����#�interface��������
�
�(2.48)��������mls rratTT ���
�(2.49)�����m
ss
ll
mm rrat
r
Tk
r
Tk
dt
drh �
�
��
�
�����
48
����mr�#�� ����interface���
������������ ��� ����� ���������� ��� �� �� ��� ����� ����
(explicit method of solution)��
��� ������������h � ��������������� �������� ����� �������� ������������ ����
�
�(2.50)��������nairair CkhD (Re)/ ��
��������Re� ���������� ����������� C �#�n�#��������� �����
��������� ������� ����� �������������#PCM����� ���������� ���������������
�
�(2.51)�������)/()(28.0/ 25.0 LRakk waxle ��
������(����������������� �����������������
����������������� ������������� ��� ������������ �������
Farid and Kanzawa (1989)������ ��� ��������� � � ���� ���� ������ �� ��� ������ �� ��
� ����� ���� � �� � �� �� ��� ���� ������ ������ ������ �� ���� � ���� ����� ������� �����
�����������#PCM���� ���� ����� ����������������������������������� ����� ������
��� �����PCM������ � �������� ���� � ��������
�� ��� ����Farid and Kanzawa (1989)���� ���� ���� �����PCM� �������� � �����
�� ��#n-octadecane����� ����� � ������������ �� �������# ",� -, �#60oC��� �� �� ��� ����
�� � �������� � ���� ��� ����� � ��#PCM�� � ������ ����� ����� � ��#�",� -, �#60oC�� �� �
����������� � ������������#PCM������������� ����� ���������(�50oC������ ��� ��� � ����
� ���� ��� �����0.3m� ��������� �15mm��� � �1mm������� � �������������������47mm�� ����
����������#�35.8 mm������������� ������ �������������� �������������� �����PCM�(�
25oC� ��� ��� �����(�75oC������� �������� ������������ �����
�� � ���2.41����� ����� ������ ��� � ��� �� �� � ������ �� ��� ����� ����� �����
�� � ���#PCM � �� ���� � ������ ���� � ������ �� �� � ����������� ������ �� �� �� ��
������ ��� ����� ���� ��� � ��� ��� �� ���� ��� ���� � ���PCM���� ���� ���� ���������� ���� ����
�#PCM����� ������������� � ������� � ���������',3� ���������������
��� ���2.41������� ��� ��������� ����������������PCM���� ����� ������ ������
������ ���������������� ���� ���������������� ���� ��� ���������������� ������� ����� ����
��� ���� ���������������� ����� � ���
�Farid and Kanzawa (1989) � ��� ���������� ������� ������
49
'%��� �� � ���� ��� ����� �� ���� ������ ���� ����� ����� � �� ��� ���� � ����
�������� ���� ���� ����������������������
!%�������� ����� ���� ����� ������������PCM� ����������������������� ��� �����
�� ���� �� ��� ����������������#PCM ���� ���� ���� ��������������� ��� ����������
����������������
*%���� ������������#PCM��� ���� ����� � ��� ����������������� �������������� ��
� ���� ��� ���������
"%��� ������� � ��� �� �� ���#PCM��� � ��� ���� ��� �� ������� ������ � ����� �����
�� ���� ��� ���� ����� ���������� ����� ����PCM���������������� ����
�Farid and Kanzawa (1989)��� ���������������������#PCM������ ����� ���������
� ���� ��� ��������������������� ��� ����������������#PCM������ ���� � ���������
� �� � ���� ���� ������� � ��������� � ������������������������� ��������������� �����
��� �������� ��PCM� ���� ����
�
�
�
�� ��2.41������� �������PCM������������������������������������ � ������� � ���������
(Farid and Kanzawa, 1989)���
50
Esen et al. (1997)����� ����������� ����� ����� ������� � � �� �����PCM �#HTF�
(heat transfer fluid)��� ��� ����� � �������������� ��������������������������������� �
� ��� �� ������ �� � ������ �������#PCM’s��� �� ������ ��� ����� ���� ��� ��� ��� � � �� � ��
���� � �� �������PCM� ���������� �� � �������� ���� ������������PCM������� �������������
���������� � ����� ��� �HTF������&� ��� ������ ������ �������� ������ ������ ���
����� ��������������� ��� ����������������������������� ���� ���� ���� ���
� � ��2.42� �� ����� ��� � ����� � ���� ���� �� ����� ����PCM� �� ������ ��� �� ���� ��
PCM��� ��������������������� � ���������HTF�(heat transfer fluid)���������� ��HTF��� ��
�������������������������� � ����� �PCM���������������� �������������� ����PCM� �
���� � ������ ��HTF���
�
�
�
�� ��2.42����������� ���� ����� �������������� (Esen et al., 1997)���
�
�
�� � ���� �� ��HTF� ���� �� ��� � ���� � &� ��PCM� ����� �� ��� ����� PCM�&� ��
��� �������� � ���HTF���
� ��� ������ ��� ���� �� ������ ���(�4.25m3� � ������ ���� ���(�13m2� �� ������� ��� �� $�
� ����%������������������ ��� �����(�3.2m� ��������������� �����18oC� �� �����������
����������������������0.55W/m2 K���� �HTF���� ��������
51
�� �� �PCM ������ ������� �calcium chloride hexahydrate (CCHH)� paraffin��
sodium sulphate decahydrate (SSDH) �#paraffin wax (P-WAX)� �����2.4��
�
�����2.4��� ��� ����� �������������������� ����� � �(Esen et al., 1997)��
�
�
�
�Esen et al. (1997)���� ���� ��� ��� ������ �������
'% ����������� �����PCM �#HTF��� ��������#18oC��
!% � ����� ������� ������� ��� � �� �� ������� � �������
*% PCM�� ���� �� �� ���� � ���� ��
"% ��������#�����$ � ���� ��������%����������������������
-% � ����� �������������������� ���������
)% �� ��� ������PCM����������� �����
.% ������ ������������ ����� ���������������� ����� ����HTF������PCM��
���������� ��������� �������������enthalpy based method�� ����������#���� �����
����������� ����������� ����#HTF��Esen et al. (1997)���� ������� ������ ��� �����
����������������Gauss-Seidel���
��� ���2.43��� ��������������� ����� ������� � ��� �������#P-WAX ����
PCM���������������� ����PCM������������� ���������������� ������������ ���HTF�� ���
� ���� �������������4.25m3� ��������������� ���PCM� ����20mm� ����� ����� �HTF������
55oC� �� �� ��� ����� ���� �� ���� �� ��� ��� ������� ��� ���PCM�� ��� � ��� ����� �� �
������HTF�� ���� ������������ ���� ���� ����
52
�
�� ��2.43�������� �������� ����� ������� � P-WAX��� ����������� �������������� ����
���� � �� ����������� �� ��HTF�(Esen et al., 1997)���
�
� ������ � �� Esen et al. (1997)� ��� ���� ����� �����PCM������ ��� �� � ��
������ �� ������� ������� ��� � ����������������������� ����� ������ �� ��� � �
����#PCM� ������ ������������ �� ������� ���� ������ � ������ ��������#PCM�� ��
����$�� ���� ������ ����%� �� ��� ��� ������������� ���� ������������������ ����� ����
� ������ ��������
��������Bansal and Buddhi (1991)��������� ���� ���� �� ������ ����������� ��
���� ������� ��� � ���� ��� ����� � ���� �� ��2.44� ������ � ���� ������ ���� � ��� �����
������������������������� � ������ � �������charging� ������ ��������� ���� � ����
��������������������� ����������������discharging� ������������������� ������� ����� ���
������ ����� ���� ���� ����� ����� �� ��� ������ ���� �� �interface�� ���� ����� ���
Bansal and Buddhi (1991)� � �� �����PCM��#�paraffin wax p-116$������� � �����
44oC�%���� #�stearic acid$�������� �����58.1oC��%�
����������� ��� ���������� ��� ���� �� ���
$a% ������������PCM�(�� ����
$b% � ������������ ���� � �� �� ������� � �������
$c% ������������������ ������������ ��������� ����
$d% ��� ������� ������ ��������� ��������
$e% �������#��������� � ����� ����� �����������
$f% �����discharging� �� �� �������������������� ���
53
�
�
�� ��2.44���� ����� ������������� ��������(Bansal and Buddhi, 1991)���
�
�
�� ���2.45��� ��������������������� �������� ����� ���� �������#paraffin wax���
�
�
�
�� ��2.45����������� ��� ����� ���paraffin wax� ����� ��������������� ����� ���� �������
����� ��(Bansal and Buddhi, 1991)��
54
������� �������� ��� ��������������������������� ������� ����� ���� ���������� ���������
����������������������� �������� ���� ���������� ���� ����� ������������� ������� ���
� ��� ���� � ������� �� ��� � ���PCM� ������discharging� ��� �� ������ ��� ����� � �����
������ �� ������� ������� ���� �� ��� ��� � ����� � �� ���� �� � ���� ��� ��� � ����
��� ��� ���������� �������� ������� ���� � ����������� ����� ���� �������������� ��
��� ���� ���� ������ ����������������� ��������
�Bansal and Buddhi (1991)������ � ����� ���� ���� � ��� ��� �� � ���� ��� �(���
�� ��� �� ������� ������ ���� ���� �� � �� ��� ������ ��� ����� �� ������ �� �� � ���
�� ������������������������
���������Lacroix (1993)������� ��������������� ���#�PCM��� ��������� ����������
���� � ������ ��� ����������������� �������#�HTF� ���������� ���� ����� ��������� �����
������ � ������������� ��� ��� ��� ������������ �� ���� ���� ���interface�� ����� �
�� �������������� ���� ����#enthalpy-based method������� �� �����������������
� ���������� ����������� ��������� �����#����������������� ������������ ������
������������������������������������� ����������������������
������� �����������%������ �������� ����� ����� ������� � � �HTF��#PCM��� ��
� ��� �� %�������� ����� ����������������� ������ �������� �� ������������������������
��������� ������� �� ��������
������ ���Lacroix (1993)�� ��&�������������� ������ �������� ���� ��� ��(shell-
and-tube storage unit)� �� ���PCM��� ��#shell$�������% #heat transfer fluid (HTF)��� �
� ���� $���� ��2.46� 2.47�%�
�#PCM�� � ����#shell� � � ��#HTF� � ����� � ����� � �� �� ��iR� ����� ���� ��� � ����
�� �����������������(dotted lines)�������� ��&���� ������� ������� ������� ����� �����eR��
��������� �� �������������������
'� �� ��� ������� ��� � �#PCM� �#HTF�� ������� � �� ��� � � ��� �� PCM����
�������� � ���
!� �#PCM�� �� �� ���� � ����
*� � ������ ��� ���� ���� ������axisymmetric��
"� ������ � ������������ �������
-� ����� ���� ������������� HTF� ������� �� ������ �����
�
55
�
�� ��2.46���� ���������������������������� ��2.47����� ��� ������� ����
�(Lacroix, 1993)������staggered�(Lacroix, 1993)���
�
�
�� �PCM�Lacroix (1993)���� � ������n-octadecane���� ���������������� �� ��2.48��
�
�
�
� ����2.48����� ��������������������(Lacroix, 1993)���
�
�
�������� �� � ���� ���� �� �� ������� �� ������ � ���$� ������ �� �0.0127m� ��� ���� �� �
0.0158m� ��� 1.0m�%��� ����� ��� �� ����� ��$��������� �0.0258m� ��� 1.0m�%� ���
56
�#Plexiglas� �� �� ������ ������ ������� ���� ������� � ����� ���� �������#n-octadecane� ��������
��� ��� ��� �thermocouples��� �� � ����������thermocouples�� ������������� �������� �� ��
������������$HTF�%��� ����� �������������$5-20K����������� ����������#�PCM�����
300.7K� % ����� ���� ������ ��� � ���� � ���� ���� �#0.03� ���0.07kg/s� ����� ����� �� �����
PCM� �����9.5oC� ������ ��� ����� ��� �� ����� ��� ��� �� � ������� ����� �� ������� �� ��
�����axisymmetric�������� ������������ �����������������������
��������� ���������� ���������������� �������� ������� �������������� �����
�
�(2.52)��������25.0099.0/ Rakk le ��
���������Ra�������� ���������� ���� ��������� �����
��� ���2.49���� � �������� �������PCM� ���� � ��� ���� ����� ������� ��� ���
T1�� ����������z = 0.51m, r = 0.02m �#T2�� ����������z = 0.95m, r = 0.001m���
�
�
�
�� ��2.49����� ��������� � ������������ ��� �� ������ ��� �� � ������ ��20K���
(Lacroix, 1993)���
�
�
�Lacroix (1993)�� ��� ���� � ��������PCM�� ������������� ������� �������� ��
���������� ���� ������������� ����� ���HTF�������� � ����� ������� ��������������������
�
57
�Turnpenny et al. (1999)�� ���������������� � ��� ���������� �����(LHS)��� ���
�������� ���� ���� � ���PCM� �� ��2.50� ������������ �������������������������������
��� ������ ������ � ���� ��� �� ����� �� #� ��� ��� ��� ��� ���heat pipes����� ���� �� �$�����
�� ��%�� �������������������
�
�
�� ��2.50�� �� ����� � ��������������������#PCM�(Turnpenny et al., 1999)���
�
� ����� �������� ����� ���� ��#PCM�� � � ������ ��������� �����������������
������ ������ ��� �� �� � ���� ��� �� #�� ���#heat pipes�� ������ � �� �#PCM������ �����
��������� ���#heat pipes���������������� �������������� �������� ������ ������ ��
PCM�� ��& �������
� ����������������� �� ��� �� ����������#����� � ��� �������� � �PCM� � ���
������������������������ ���������� �������������� ���������� ���#�PCM��������
�������� �����������mT���� ��� �PCM������������ ����������������� ������������ ���
��� ����� ������ ������ ���� ��� � ���������������������������� � ����������� ������������
�������� �����������������������
���������� ���� �� �� �� ��2.51��
� � �PCM� ����� � ����Na2SO4·10H2O� �� � ���borax nucleating agent�� ������ ���
� ����21oC� ���� � ����� � ���� ������� (reversible)� � �� ��mll pa 5.0��$�� � ���� ��� ��
�� ����� ����#�PCM������� �� ��� �� %���������� ����� ������� ��������������� ����
��� � �� ����#�!/� �� ���� ������ � ������ ������ ��� ������ � ��� � �� ��� ���HTF������ ���� �
� ����� � ���� ������� ����19mm���
58
�
�
�� ��2.51����� ��������������������(Turnpenny et al., 1999)���
�
�
�� ��� ����� ��� ���1.5m×0.15m×0.60m� ������ ��� �� ���� �� ��� �� ��� ����
0.035W/m K����������� ��250W�� ����� ���� �2880rpm������� �� ����������������
������� ��PCM��� ���������thermistors��� ���������� �����10T� 25T �#40T���������',�
!- �#40mm������ �� ��� ������ �� ���thermocouples������ �� �� � � ����� � ����� ��� ��� ���
��� ������� ��sT�������� ���� � ������ ����HTF������upT��� �dT� ����� � ������
�� ����� � ����HTF� �����0.063� 0.09 �#0.18m3/s� ��� ������� ����� ����� � ����
���������#PCM�� �������24.5-27oC������ ������� ����� �23oC����� �������� ��� ����
������ ������� ���� ����HTF�"- �#13oC�������������� ������� ��������5-8 ������
��� ���2.52���� ������� ��� � ����������� ������ � ��� �������0 ������
� � ��������������� �HTF� upT� ���� � ����� �sT� #PCM������������� ���� ������
������������ ����� � ������ �������������30min���������������������� �����
� ��40T����������������#PCM���������������',,������-,,$�������� ����� ���%����������
���� �� ����������������� �����600 ������ ���� �#PCM�������� �� � ����������������
�� ������ �� �40T� ������25T�� �� �10T����� ������#PCM������������10mm����������
���� ���������������� ����1000 ���� ����10T���������������������(plateau)�����������
� �� ����� ������� ���� �85W �#100W�������
59
�
�
�� ��2.52���� � �����#PCM������������������ � �0������������ �����HTF�
0.09m3/s�(Turnpenny et al., 1999)���
�
�
�Turnpenny et al. (1999)���� ������ �������� ������ ����� �� �����#PCM� � ��������
� ������������������� �������� ���������������� #heat pipes �#heat pipes ��#PCM��
���� ������ ����������#heat pipes����� ��#��
�
�(2.53)��������)( saairairAB TThAq ���
�
����airA�(�� ��& ����� ����� � ������������ airT�(�� ��� ������� saT�(������� ������
� ����� � ���� h�(� ���������������
��� ����� � ��������� ����������#PCM����� ����
�(2.54)�������)()/ln( 121
mspp
BC TTrrr
kAq ���
��
� ���pA�(�� � ����� � ���� ���� ���� ����#PCM� spT�#� ����� � ���� ��� �� ������� mT�(�
��������� ����� �����PCM� k�(�������� ��� ��PCM� 1r�(� ����� � �������� ����� 2r�(��
60
�� ���PCM�� ����0������ �������t�������������BCAB qq ��������� �sspsa TTT �������
������
�
�(2.55)�������)( 21
22 rrl
t
hq p
mBC �
�� ,�
�
����mh���(������������� ���� �����
��� ����� ����2r�Turnpenny et al. (1999)������������� ��������� �����������h�����
����� ������ �� ������u����� �� �������
�
�(2.56)�������4.72.480.8 2 ���� uuh�
�
��� ��� ��PCM������Glauber’s Salt��������� � �� � � �2.5��
���� ����� � ���������������#PCM� ���5oC� �������� ����������#40W����������� ���
���19 ������������� ��������������� �� ������������������������������������� ����
���� ������� ����� � ������ ��#PCM�� ���������������������� ��������������� ��
������ ���������7-10 �����
�
�
�����2.5������� � �#PCM�� ������������������������� � �(Turnpenny et al., 1999)���
�
�
61
�"&"&�� ��������������
�Glaich and Finkelshtein (2003)��� ��� ��� �������� ��� � ���� �� �� ������� �� ��
�������������������������� �������� ���� ����������� ������� ����� � ��� � �� �����
���� ��������������� ����� ���������������� ��� ������ ���������� �����
����� ���� �� ������ ���� ��� ��� ����������������� ����� ���� ������������������
���������������� �� ��RT-27�����������“Rubitherm”� ��������������� ������� �� ����
��� ����� ������ ��� �������������������$�� ��!�-*��%�
�
�
�
�� ��!�-*����������������(Glaich and Finkelshtein, 2003)���
�
�
�� ������ �� ��� ������ ����$� �� ��� ������ �� ����� �� ��20mm ����� �� ����� �����
�� ������� � ���� ������ � �� ��%� ������� �� ���� �� �� ��� �� � ����$500W������%�
������������ ������ ���������������������� � ��� ��������������
������������� ����� ������������ � �� � ���� � ����������� ������������ �����
������� ���� �������� ��� ����� ���������������� ����� ���� �� ���������& ����������� ���
�� ������������ ���������� ���!�-"�������������������� ��������������� ����������
62
�������������������� ����� �������������� �������� ������������������ ���������� ��
�� ����������������
�
�
�
�� ��!�-"������������������ � �(Glaich and Finkelshtein, 2003)���
�
�
� ��� � �� ���� ����� ��� � ���� ��� ���RT-27����� ����� � ��� & ��� � ������ ��
����� � ��� � ��� �� ���� �RT-27�� ������� �� ���� �� ������� ����� ���� � �� ��� �� �� ��
���������#RT-27���� ���� �� ��� ����� � !�--����� �������������������������� ����
�����������������������
�
��������
�
�� ��!�--����������� � �RT-27�(Glaich and Finkelshtein, 2003)��
63
�� � �� ���Glaich and Finkelshtein (2003)����������������� �� ����� ��������� ���
���������� ��#PCM��� ��������� �� � �������� ��� ����� �������������� ��������
��� �� � ���������� ����������� ����
�� ��� ���� � �Glaich and Finkelshtein, (2003)������� ����� ������ ��� ������� �����
�� ���� ����� ������ ��� ������� ��� �� ���� ����� ������ ��� ���� ���� �� ��� ���� �� ����
��������������������� ������� ������������������ ������������!������ ���� �������
���� ���������� ����������������������� ��������������������� ���� ������� ���� �� �� ����
���������� �������������������������� ��������� ����� ���������������
�Boch and Dahary (2003)������������������������������� ������ ������ ��� �����
��� ������������ ��� ������� ������ ��PCM�� ����� ���� ��� ������RT 20� ���� ����������
Rubithrm������� ������ ���� ������� ��172 kJ/kg� ������������ ����� ���� ����� ������
����������� ���������� � 21oC���
����� �� ��� � ��� ������ � � �������� ������ � ��� ���� ��� ���� ��� ��� ��� � ���� ������ ��
$� �� 1m� � �� ���� �� �20mm� � ����� ��� �� �1mm� %� �� ��� ���� ��in-line������ � ���� ���
������� �������� � ��� � ����� � �� ������� ����� ���� �� ��� ������ ������� � � �� �� �
������������ �� ����������� � ��������� ���� ������ ������������ �������������� ���� �������
�� ���� ��� ������������� �������� ������ ������������ ���� ��� ����������������
��� ���� ��������� ���� ����� ��������������������������� �� ���������� ��� ������� ���
&� ����
�� ��� ���� ��� ������� � ������ � ������ � � � �� � ���� ������� � ����� ��� �� �� ��� �
������������� ��������� ��������� ��������#20oC � ������ ���� ��� ��������������
��� ����� ������ ��� �� � ����� ������� ���� �� ��� � ���� �� ����� ������ � ������� ���
�� ������� ������ ���
���������� ������������ ������� ������ ������������������� ������ ���� �����������
������� ������ ������� ���� ������� ����� ����� ��� ��� ����� � ����� &� ��� ��� ���� ����� ��� ����
���������� ��� ����������������������������� ���� ������� �������#30m3�� ������������
���� ������������ ���������������� �� ������� ���� ����� �� ����� ���� �� �#35oC� �� �� ���
��������� �������������� ������ � ������� ���� ��������� ��� ����� �� ��� � ������ �������
����������� ��������� ����� �����2kW �#1kW� ����������������������� ���������� ��������
��������������������������������� ���!�-)� ��������������������� ���������
64
������� �� ���� ����� � ���� ��� �������� ���� ��� �� ���� ��� � ���� � ������ ���
��� ����� �����������������
�
�
�
�� ��!�-)�������������������� ��(Boch and Dahary, 2003)���
�
�
���������� �������������������������� ���������� ����1kW������ ������������������
�� ��� ������ �����#10oC� ��� �����',���� ����������� ��� ���� ����� �� ������� ��� ������ �����
$�� ��!�-.��%�
�
�
�
�� ��!�-.����� ��������������� �����1kW��������(Boch and Dahary, 2003)��
65
��� �������� ����� ������������������������ ������������������������#�30m3���� ������
����� ������������ ������������ ������32oC��� ����� ���� ��������� ����������
�
�
�
�� ��!�-/������ �������� ������������(Boch and Dahary, 2003)���
�
�
� � �$�� ��!�-/�%���� �������� ��������������������� ������#5oC��������������� �
�������������������� ��������������#2oC���������� ��������� � �������������������� ��
��� ����� �� ����������������� ��������������������29oC �� �� �� ��� �� ������ ����������
� ������������ ��������������
����� �� ������ � �Boch and Dahary (2003)���������� ������������� ���8-10oC�
� � ���������������������� � �������������� ��������� ��������� �� ���
��
66
��������������
��� � ����� ������� ��� ������ ������ � � ���� ��� ��� � � ��� ���� � ����� �� ��� ��
��� ������������������ ���������������� ���������� ���� ��� ������ ����� �������� �
���� �� ��� ���� � ���� � ��� ���� �� ��� � � ��� ���� ��� �� � �� �� ��� �� ��� � ���� ��� ����� ���
�������� �� ������ �� ��� � ������ � ��� �� � ��
�
%"#" ������������
���� �� �� ��� ��� �������� � ��� �� ��� ��� &����� ������� �� �� ����� �� ��� ���� �� �
����� ������ � !" ������
�
%"#"# �����������
�� �� ��� � ��� ���� ����� ��� ��� �� ��� � ���� � �� ����� �����54cm×44cm×39cm� ������
������ ������� ������� �����0.85m2� 0.25m2 �#0.25m2������
���� ��� � �� ��� ���� ������ �������� �������� ���� ��� �����A� ��� ���������������
���������� ������Goldenberg et al. (2002)� �� ��*�'���
�
�
�
�
�� ��*�'�������������� ������ �� ����� ����������$�����A��#Goldenberg et al. (2002)��%
$�� ������ �������!�*'�%�
9cm
67
������� ���� ��� � ���������������������� ��� ���������� �� ��� � ���� �� ����� ���� ���/!�
�� ���� ��� �� ��� ����� ����������������������5.5mm×4mm� ��� 267mm����� ���
��������410cm3����PCM��� ���� �����������0.42m2���
��� ������� ������� ���� �� �� ��� ���� �� �������������
������B� ������� ��A� !���� ���� ��� ��������������� ���������������� � ����� � �����
��������� ����������� ������ �� ��� �#B�� ������������A� ����� ��������� ������ ���
��� ����������$PCM�%� �������������� ������ � ���� ������,�/- �#�,�*��������
�� �����C� � ������ ����� � ��� ��� B� �� �� ����� ���� ���� ��� ��� ������ �� � ������ ��
��������������#20mm������� �� ��*�!��
�
�
�
�� ��*�!���� ����������������������� ������ �� ���$�����C�%�
�
�
�� �����D� � ������ � ��� ��� � ���� ��� �� ��� � ��� �� B������� ����� ������� �� ���
20mm������ �� ��*�*��� ������ � ���� ������,�/- �#�,�*�������
������E� ��������� �D� ���������� �������� ��������#�05.0�1���
������������� ��#PCM����� ������
���� ��� ������������ ����������� ������������ �������������������� ��� ���� �� �
�� ������#PCM� �� �������� ����� ��� ���� ����� � ������ �� �$ ����� ����� � ����%
� ��������������������� ������������������ ������������ ��������
��� �PCM��������� �������(paraffin wax)� ����� ���� recyclable� �����������������
��� ��������� ����������� ����� �� ���� � ����� ���������� � �#PCM ��� ���� �����*�'��
9cm
68
�
�
�� ��*�*���� ��������������������� ������ �� ���$�����D�%�
�
�
�����*�'������������ ��� � ����
�
������ ����
�� �� kg/m3�
����������
J/kg�
���� ��� ��
W/m K�
�� ���� �����
kJ/kg K�
����� ������
oC�
800�206�0.15�2.5�22-24�
�
��� ����������������������� ����
'� ����� ������� ��� � �#PCM� ���� ��������� �� ������� � ������
!� �#PCM�� �� �� ���� � ���� �� ����
*� ������������� ����PCM�������
"� � ������������ ��������� ������������ ������
-� ���������������#PCM��� ������������
��� � �� ����� ����� ��� ����� �� ��� � ���� ����� ��� ����� ��� ����� ������ ��� ��
U=1.8W/m2 K�� ��������������������� ������������������������������ 0.85� � ������ ��
�� ��������������������$� ����% #0.3���������� ���� ��� ����� ���#PCM���������� ����B-E�
������ � �������
69
%"#"� �������� �������������
����� ����� ���� ����� ������ �� ���4m×4m×2.5m� � ����� ��� � �� ����� ����� ������
� ��� ���� 40m2� 16m2 �#16m2������ ����������� ������ ����� ����� ���� ����� ������ ����
��������� � �� ��� ���� �#PCM����� �� ������
�� ����F� �� �� ����� �������� ��� ��� ����� 2cm��� � 50cm��� ������ �����������
��������� �� 20cm�������$�� ��*�"��%���� ������������� ��� ����� #PCM� ���� � ���
������ � ����� �������� � ���� ������#�,�/- �#�,�*��������
�
�
�
�� ��*�"���������� ����� �� ���F��
�
�
������G��������� ���� ����� ������ ��� F� ����������������� �������� ����
���������20cm$��� ��*�-��%�� �������� � ���� ������#�,�/- �#�,�*�������
�
�
�
�� ��*�-���������� ����� �� ���G��
70
������H� �� � ������� ��� ��� ����� 1m×2m� �� ���2cm��������� ����$�� ��*�)��%
�� �������� � ���� ������#�,.85 �#�,�*�������
�
�
�
�� ��*�)���������� ����� �� ���H��
�
�
������I��������� ���� ����� ������ ��� H� ��������������� ���� �������20cm�
$�� ��*�.��%�� �������� � ���� ������#�,�/- �#�,�*������
�
�
�
�� ��*�.���������� ����� �� ���I��
�
�
������J������������ G���� �������� � ���� ������#�,�/- �#�'�,�������
������K����������� �I���� �������� � ���� ������#�,�/- �#�'�,�������
�� ����L� �� �� ��� �� ��� ��� �� ��� �� � ��� �� 1cm� �� � �1m���������� ������ �� ���
������������ 20cm$��� ��*�/��%�������� �������� � ���� #�,�/- �#�'�,�������
71
�
�
�� ��*�/���������� ����� �� ���L��
�
�
������������#PCM��������� ����128kg���
������� ��� ��� ���� ��� ��� �������� ��� ��� ����� ���� �� ��� ����� ��������� �� ��
������� � ��������� ����������������U=1.2W/m2 K���
�
%"#"% �������������������
������ �������� ������ �� ������������������ ����������� ������ ������ ����
��������!"� ��� �� ��� ���������� ��� �������������������� ������������ �� ���������
����������� �� ���������������� ������� ���������� ��� ���������� ������ ������
��������� ����#�� ����������������������� ������������������
������ ���������������� ����������4m×4m×2.5m��� ���� ��� ��� ����� � �����
���� ��1.0m� � ��� �1cm� �������������� �� ���������� ����� ����� ���� �20cm� �� ������
������ �� � �'�,� ��� ������ �������#PCM������������!" � ��� ���� ���������)�,,�
�� ������������������������1m×1m������������������ �� ��� ���$�����)������� ��� ���
',������%� ��������������� ���$�����',������� ������)�� ����%������ ��������$�� ��*�+��%�
�� ��� ��������� �� ��������� ����������,�/-� ������� ���������������� �������
� ��� ���������� ����'�,� �� ��� �������� ������85.0�1� �� ������� ������PCM����
0.1�1��
���� ���������������������� �� ������������#�������������� ��� ������� �����#
�������
72
�
�
�� ��*�+�� �������� ���� ������ �� ���#�������
�
�
%"� ����������!��
���� ���� ���� ����� ������ �� ������� ����� ������&�������������� �� ������� �
����� ������ � ������� ��!" �����
���� ��������#PCM����������� ���$����������%�
�(3.1)��������Tc
k
t
T
p
2����
��
����pc������� ����� �������������� ���
����������� ����� �� ������ ����
(3.2)��������)( vt
��
������
�
����������� ����� ������ ����
�(3.3)������ � gpvvvt
� �� ������������
)(�
���������������
�(3.4)������� � � � � � ��
���
� ������� TvvIv3
2 �
#I�#���������������
����������� ����� ������� ��� ������� � ����� ����� ��������� ����
�(3.5) ����� �vT
pTTkTv
t
Tc
vv ���
�
���
���
�����
���
� ����� 2��
73
������������������� ����#Segregated Solution Method������������ �� ����� ��
������� ������ ������������������ ������ ���� ��������������������������*�',��
����������� ���������������������������������������������� ��� � ��������� �� ����
��������� � ��� ��������2���������t��� ����������������������������������
�(3.6)������tt
nnn
���
��� ��
2
43 11 2222�
���� ���������� �������� �� ����(fully implicit scheme)�
�
�
�� ��*�',������������ �������Segregated��
�
�� ������� ��� ����# Standard Wall Functions�� �� ������������������������������������
Launder and Spalding (1974)�������������� ��� ��� ������� ���� ����� ���� ���� �����&� ��
���� �������� ��� �������������������� ���(Full Buoyancy Effects)��
�
%"�"# �����������
�� ����� ����� ����� ��� ��� ����$���������� %�� � �� �� ������ ���� � ��� �� ��� ���� ���
��#����� ������� ���� #PCM������ ���� �� ������ �� �������� �������� ����� ��
����� ������ �������� ���� ��� ��������� ���FLUENT 5.5����� ����������� ���#�
74
segregate solution algorithm� ������� �������������� ��������������������� �������� ��
������� ���� ����� �������������������� ���������������� �������� ��DTRM���
�������� ����� � ��� ����� ��� ���� � ��� ��� �� �� ����� ��� ��� ����� ��� ���� �� �
�� � �� ���� � ����#350,000� �������(41×49×174)� ������ ����� �� ���� � ��� ��� ��� �� ��
��� � ��������#PCM���� �� ���������� ������ ���� ����50,000� ������ ���������������
��� ��������������� � ��� ������� ��������� �#� ���� ����� �������������� � ��� ���� �
��������� ���� ��� ������#������������#PCM ���������� ���� �������� ����
������������ ������PCM ���� � �� ���� �� ���� ��� ������� �� ���� ����� ���� �� ��
�� ������ �� ����EHC�(effective heat capacity)� ��� �� �#PCM�� �� � �� ���� � ����
�� ��� � ������ ���� ���� ��� ��� ����������� ������������������� ������ ����� ����
������ ������������������������������� �� ��� �������������������������� ���� ��� ����
� �� �� ������������ ����� ������ ������ ������� ���������� ���� ������������� ����
��� ������(2.18)� ������ ���� �������� ����� �� ��*�''� �� ��������� ���������� ��
����� �������� ����� ���� �������� ����� ��� ������ ���� �����������PCM���
������������� ������������������������������� �������� ����� ���� �� ��������
������ ����� ������ ���� ���� �� ���� � ������ ������ � ������� � ���50oC� 40oC �#30oC�
����������������������� ���� ��������� ����� ��� ��� ������ ������������� �����
��PCM������20oC��
�
0
50000
100000
150000
200000
250000
293 294 295 296 297 298 299 300
Temperature, K
Spe
cific
hea
t, J/
kg K
2500
206000
2500
�
�� ��*�''�������� ������������ ���� ������� � ����
75
%"�"� �������� �������������
��� ����� ��� ��� �� �� ���#��� �� � ��� ������� �� �� ���� �� �� ���� �� ��� �����
������ ��������������������� � ����� �� ������������������������ ��� ���� ���� ��������� ���
����� �� �k-����������(standard k-epsilon model)���� ����������� ���� ��#���������������
� ��� ��� �� �transport� ���� �� �� ������ ������ � ���k��������������������� ���� �
(dissipation rate)�1 �Launder and Spalding (1972)��� �������� ��transport�� ���k�� ��
�� ����� ����� � �������� ��� �� transport�� ���1���������������������� ������ �������
�#�standard k-epsilon model��������� �� �� ����������������� ��transport�� ���k �#
1���� �����
�(3.7) ����13
� ���$%
&'(
)
��
���
����
��
��
� bkik
t
i
GGx
k
xDt
Dk�
�
�(3.8)��k
CGCGk
CxxDt
Dbk
i
t
i
2
231 )(1
�11
3
1
� 1111
���$%
&'(
)
��
���
����
��
��
��
�
����kG�#�� ����(production)�� ��� ����� ��������������� �� ������������������ bG�#�
�� ������������������ ���������������������� ���� ��44.11 �1C 92.12 �1C 09.03 �1C�
0.1�k3 3.1�13�(�� ���� �� �� ������ � ��� �� � ���� ��� �� ����� ��� ����� �Launder and
Spalding (1972)��
���� ������������ ������������'-, ,,,���������
������������� �����#PCM������22oC��
������� ���� �� ������������� �������������� �������������� �������������� ������
�
%"�"% �������������������
���� �������#�!"�� ���#�'-, ,,,����� ���������������� ���� ��� ����� ���#���� �����
* ,,,�� ���� ��������#�!" ������
�� �������������������������� � ���������0�q��
�� �� �� � ������ ����� ����� ����22oC� �� � �����#�PCM� ��� ������ �����
����� ��#��������
������������� ����� ������ �������� ���������� �����*�!��
76
�����*�!�������������������� �����������
�
����)�a.m.
7 �
8�9�10�11�12�1 p.m.�
2�3�4�5�6�8�9�10�12�2 a.m.�
4�
�� ����� �oC�
'+�!,�!-�!.�*!�"-�-,�-,�-,�"-�",�*-�*,�!-�!*�!'�!,�'+�'+�
�
%"% �������!��
����� ��� � ��� � ��� � ���� ����� ��� ������� ������ � � �� �� ��� &����� ���� �
� �������� ���������� ����������� �#����� ������ � � ������ ��������!" ������� ���#
������ ����� ��� �� �������� ����� �� $� �� ��� � ��� � ��� � �� �� %� ����� ����� ��� ����������
��� � ��� � ���� � � ������ ��� � �� � ��� �� ��� �� ������ �� � �� ��� ���� � �
���� �� ����������
�
%"%"# �����������
������*�*������� �������(A-E)����� ����� ���� �� ����������������� ��� ����������
� ����� ����� ������� �85.0�1� ��� ���� ������#PCM� �����3.0�1� ��� ������� ����
�����U=1.8W/m2 K���
�
�����*�*���������� ��� ������ ������������������� �����
�
������ ����� ������ ����� ������������
A��� ��!�*'�,�/-�
B�!��������������������� � ���,�/-�
C�!������������ � ��� �� ��#B�
�����������
,�/-�
D����������� ������� �� �
�����
,�/-�
E��� ��#D�,�,-�
�
��� ���*�'! ����������� ��� ������� ��� ��� � � �� ����� � ������ ������ ����
���� ������� �� PCM��#!�� ��������������� ����Goldenberg et al, (2002)�������� ��������
77
�#PCM�� ��������� ������ ������ ���� �(thermocouples)� �� ��� �� � ��� ������ ���� ��� ��� ��
� ��� �����11cm �#18cm ��� �� ����� ����� ���� ���� �� ���� ����� �� � �����#PCM�������
���� ��� ���� ����� � � ��� ������ �� ���� ������� �� ���� �� �� � ������ �� ������ �����
������ ��� ������� ������ � ������������ ���� ���������������������(thermocouples)� ���
��������������������������� ��� ��������� ����� ��� ������� ��� ������������������� ���
�������
�
�
�
�� ��*�'!��������� �� ������ ��� �� � ������ ��A��
�
�
��� ��*�'*������ ����������� ��� ��������� ������&����),���� ����� ���
�������� ���������A���
78
�
�� ��*�'*�������� ����������� ��� ������������ ��), ��� �
�� ���������� ������ ���(Goldenberg et al., 2002)��
�
��� ���*�'"��������� �������������� �� ������ �� � �������� ���� �������B-E���
�
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
0 50 100 150 200 250 300 350
t, min
T, C
B����
C����
D����
E����
�
�
�� ��*�'"��� ���������������� ����������� ����� ������������ � �� ������B-E���
79
�� ���� �� ��� � �*�'"��� ����� ����������������� �������30oC�������������C� D�
E� ��'*,� ',, �#�70min�������������B������ ������ �������30oC���������� ��������
��� ������31oC��������B� C� D� E� ��',,� '/,� '), �#�150min��������
��� ��*.15�������� ������ ��� ������������ ��� ��� ������ ������&����
��������� ���A-E�����'!,� ������������� ����� ������
�
������C���������B���������A�
�� ��
�������E����������D�
�
�� ��*�'-��� ����������� ���������� ������������������ ������ ��A-E� t = 120min��
���������� ���� �����������
��� ��������������
�������� ������ �������� �� �
���
80
� � ���� �� ��� � �*�'-� ���� ����� �� ���� �� ������� �� ��'!,������ ����� ���
�������� ����C��� ���� ��(29.9oC)� ������� �� A��� ���� ��(31.5oC)���������� ��B� D� E�
������ ������31.2oC� 30.1oC �#�30.5oC��������������A �#�B������������������������ ��
��������������D �#�E�������� ����������� ��������� ����� �����A� B �#�C����������
���������� ��������������
��� ���*�')��������� ����������� ������������ �������A-E�����'!,� ���
��� ����� �����������
�
������C���������B���������A�
�
��������E����������D�
�
�� ��*�')��� ����������� ���������� ���������������� ������ ���A-E� t = 120min��
81
�� ���� �� ��� � �*�')����������� ��A� B� C������ ���������������� �� �������� �
������������� �� ������������������� � ����������������D �#�E�� ��� � ������������
����������� ���� ������� ����������
�
%"%"� �������� �������������
� �����*�"� ������ ��� ����(F-L)�� ���� �� �� � ��� ����� �� ��� ���� �� �� �������#
������ ��������� � �����4m×4m×2.5m� ������ � ����� ������85.0�1� ��� �����������
�����U=1.2W/m2 K�������� ������ ��������� � ����50oC� 40oC �#�30oC��������
�
�
�����*�"���������� ��� ������ ������������������� ���#������ ����������
�
��������� �� ����� ����� ���������� �������
�
F�
��� ����� �� 2cm��� � 50cm�
��� �� ���������� ������� ��
������20cm�������
�
,�*�
G�
�
�� ����� ��#F� � �������� ����
���������������20cm�
,�*�
�
H�
� � ������� ���� �����
1m×2m��� ���2cm���� ����
�����
�
,�*�
I���� � ��� #H� ����� ����
������������20cm�
,�*�
J��� ��#G�'�,�
K��� ��#I�'�,�
�
L�
��� ����� ��1cm��� � �1m�
�����������20cm� ������
������ ����������
�
'�,�
�
��� ���*�'.������������� �� ������ �� � ����������� ��� �������F-L���
�� ���� �� ��� � �*�'.����������� L��� ��� ������ ������������$��� ��#�27oC� %������
",, ���� �� ����F�� ����� ���#�33oC� ����� ��� � � ����33.8oC� �����35oC������.,, �����
�����G��� ���������� ������������31.6oC������),, ����������H��� �������������������
82
������� ��G$� ��� �������33oC������31.6oC�%������������ ������ .,, ����������I����
�#�31oC���������.,, ����������J��������� ����� ������������I� �������� ��������������
�����--, ����������K������ �������29.3oC������30oC������),, ������
�
�
�
�� ��*�'.���������� � �� ���������������������� ����� ������F-L��
�
�
�� � ��*�'/� ������� ����� �� �� � ������ ��� ������ � &����F-L� ����*,,� ���
� ����� ����� ��� ����� �� � ���� �� ��� � �*�'/� ������� �� ��L��� ������ ��� ��� ���
��� �� ���� �� ���� �� ������� ��� � ��� ����� ����� �(26.9oC)� ������� � �����F���� ��� ���
�������� ������ �� ������������������� ������ ������33.9oC� �� �����H������ ���������
���� �� �� ��� ��� ��� �� � ��� � ��� � �� ��� ����� �� �� �� ����� ��� ��� �� � ���� ������
������������ ���32.3oC� ����������� �����������G� I� J �#�K�������� ������ ���� �����
���������������������� ������31.6oC� 30,8oC� 30.6oC �#�29.7oC��������
�������
�������
�������
�������
�������
������
83
�
�
������I��������H���������G�������F
������L���������K��������J�
�
�� ��*�'/���� ���������� �������� ������������� ������ ���F-L� t = 300min��
�
�
%"%"% �������������������
��� ��� ����� ������������ ����� �� �1cm��� � �1m������������20cm� ������
������ ���������$������������ ��L��%� ����� ���� �����)������� ��� ���',������ ���������
� ������� � �� �����',������� ������)�� ���� � ����������������������� ���4m×4m×2.5m��
� �����������������1m2���
� ���� ��� ������ ����� ��� ����� � ����� ��� �0�q� ����� ����� ��� �� ������� ��
� ������ ��� �� ����*�!� �� ��� ����� ��� ������85.0�1� �� � ��� ���� ��� ������0.1�1��
������� �����������U=1.2W/m2 K���
����� �����*�'+������� ������ ��� ������������������ ��� ������ ������� ������
����� �������� ���� ����� �������� ��� �������� ����� ��� ������������ ������������
������������� �����������
��� �������������� ��������� �
���
�������������� ����������
��� �������������
84
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Time, h
T [C
], q
[W]
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
Mel
ting
frac
tion
��������������������
������������������������
�����������������������
PCM�����������������
6a.m. 12a.m. 12p.m.8a.m. 10a.m. 2p.m. 4p.m. 6p.m. 8p.m. 10p.m. 2a.m. 4a.m. 6a.m.
�
�� ��*�'+�� ���� ������������ ���������#������
�
�
��� ���*�!,�� ����� ��� ������������� ���������� ������ ��� �������� ��������
������� ���� ��� ������� ��$�� ��*�!,�%������� ������21.5oC������25oC� �������
������� �� � �� ������� ��� ������� ��� � ����������$�� ��*�'+� %�� ��������� #PCM������
$�����*,3��%����������� ������5p.m.�������� ���� ������������� ������10p.m.������
������������
��� ��*�!'������ ��� ������������� ������������������ ����������������
!"������ ���)�� �����
21
22
23
24
25
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
Time, h
T ,C
6a.m. 12a.m. 12p.m.8a.m. 10a.m. 2p.m. 4p.m. 6p.m. 8p.m. 10p.m. 2a.m. 4a.m. 6a.m.
�
�
�� ��*�!,��������������� ������ ������������� � �!" �����
85
�� �� �
��� ���
�
�� ��*�!'���������� ��������� � �������������� ��!" �����
������
�����������
�������
�����������
�������
�����������
������
�����������
������
�����������
������
�����������
������
�����������
�������
�����������
�������
�����������
������
�����������
������
�����������
������
�����������
86
%"����!���������
� �������� ���� ����������� ������ ����� ������ � ���������� ������&��������� �
�������������� ��#������ ������ ���������� �� �� ����# ��������� ����� � ������#������
�����!"�� �������� ������� ���������
�%"�"# �����������
����� ������ ���� ���� ��� ������ � *�'!�(�*�')����������� �������������� ��
*�*� ������������ ����A�� ������ ���*�'!� �� ��� � � �� ����� � � ����� ���� ������
���� ������� �� �� ����������� ��� ������� ��PCM�� ������ ������� �������������
������������������ ������ �40oC� ������� ��� ����� ���� ��������� ��� ��� �����
�����������#�-�� ���#29-30oC������������� ������� �150��������������� ������� ����
�#PCM� ������ � �� �� �� � �� ����� ���� � �� � �����PCM ��� �� ��� ������ ����� � ���� �� �
��� ���� ����� � ����� ������ �������������� ���������� �� � � ���� �������������� ����
���������� �� ������������*�'!���#PCM������ ��� ����������� � �#40oC���
��� ��*�'*����������� ��� ��������� ������&����� ����� ),���� ����� ���
� ����� ����� � ��� ����� ���� ������������� ��� �� ����� � ����� �� �� ����� �� ������� ����
�#10oC���������������� ���� ����� ��� � � �� ����� � ������� ������������$�����A%�
����� ���� �� ���� ���������&������ �������������B-E$������*�*��%�
��� ���*�'"��������� ��������� �� ������ �� � ����������� ��� �������B-E��
������ ���������������300-350 �����&��������� ������C$�!������������ � ��� �� ��#B�
����������� ��������� ������,�/-�% ��� ��� � �&�� ��� ��� ���������������� ��������
� ��������������� ������� ����������� ����������#40oC����29oC������ ������� �#
30oC��#�'*, ���� �� �������� � D$��������������� ���� ��� �� �� ��������� ������
,�/-� %������� � ���� �C� ������B$�!��������� � ����������� ������� ��������� ������
,�/-�%�� ������ ��� ������������������� ��� ��������30oC���������������E$�� ����� �
�#D� ��������� ������,�,-�%�� ��� ����� ����� �� ������#32oC��#�!,,������������ ���
���������� ������������32.5oC��#�33.5oC� � ��� ������������ ���&����� ������
��� ������ ��� ������������������ ���� �������� ������ �� � ��������
������ ���� ����������� �������� ��*�'-������ �������� ��� ��������� ������&����
��������� ����������� ������ ��� ������A-E�����'!,� ������������� ����� �����
�� ��� ���� � �����D-E� ��� � �� �� ����� ���� �� ��� � ��� �� � ����� ���� ����� ��� �
������������������ ��������� ������A-C� �� �������� � ������� ������ ������� ������
87
��� �����(stratification)� �� ��� � ��� �������� ������������������� �� � ���������
�� ���*�')�������� ���A-E���� �����������D �#E���� ���� ���� �� ������� �� ����������
� ������� ���A-C� �� ������ ��� ������ � � � � �� � �� ����� ����� � ���� ����� ��� ����
������ ��������� ����
�
%.4.2��������� �������������
�� ��� ���� ��� ���� �� ��� � ��� ������ � *�'.� *�'/� ��������� �� ������� � ���
� �����*�"� �� � ���*�'.� ������� ����� �� ���� �� �� � ������ ���� � ��� ��� ����F-L�
$�����*�"��%����� ��PCM�����128kg������ ����������������1200-1500��� ������ ���
�� ������������ ���������������� � ���� ������� ������L$���� ����� ��1cm��� � �1m�
������� ����20cm����� � ��������� ������� �� �� ��� ����� ���� �������'�,� %�&�� �� � �
��� �� �� � ������ ���� ������ � ������� �� � ��� � � ����� ��� ��� ��� ��� ��� ����� �
���� ������#40oC����27oC�������� ���� ������� �",, �����������L�� ������ ��� ������
�����������F-K������������ ����������� ������ ��������� �� � ��F-K$������*�"%� � �������
�� � �� ����#PCM���� � �� ��� � �� ������� ���� � ��� ����� ���� � ������� #PCM�� ����
&� ��� ��� ���� �������������� ������#�'�,�������� ���� ������� ����������������
�� �� ��������������������������������� �G, I� ����������0.3$������*�"�%���������� ��
� ������ ���J, K� ������� ���'�,$�� ����*�"� �%� ����G� �� ��� ����� �� ������ ������31.6oC�
�����),, ����������I�����#�31oC���������.,, ������������J��������� ����� ������������
I������ �������� ��������������--, ����������K������ �������29.3oC������30oC������
),, ���� ������� � ������� � � �� ����� ���� ��� ��� ������������ $������H, I� %�� �
� � �������� ���� ������ �������������$������F, G�%�����F������� ���#�33oC� � � ����
������ ��33.8oC������35oC������.,, ����������H������� ����� ������������G$�� ��� ��
����31.6oC������33oC�%������������ ������ .,, �������������� �������������������� ����
H �#I������������� ���� ��F �#G� �����$�����*�"��%�����F$���� ����� �� 2cm��� � 50cm�
� ������ �� �� � ��������� ����� � ���20cm������� � �� �� ��� ����� ���� ������,�*� %� ��
����� ������ ��� �������������������� ���� ���� �����������!������������G, I-L�
$� ����*�"� %�� ��� � �� �� �� ��� ����� ���� ������� �� � �� ����I$��� ��� � �#H� ����� �� ��
������������20cm� ��� �������������� ������,�*�%�� �������� ����� ���
�� � ��*�'/� ������� ����� �� �� � ������ ��� ����� � &����F-L� ����*,,� ���
�� ������������� ����$�����*�"��%�� ������� � �������� ��� ����� ������������$G� J�%
������ $I� K� %������� ����� ������������������������ ���� ���������� ����$F� %�
�����$H��%����� ��$F �#�H�%�� ������������������
88
�� ����� � ��L� ���� ������ � �� � �� � � � ��� ������ � ���� ����� ��� ���� ���� �
������������ ��!" ������ ���� �� �������� �� ������
��
3.4.3 �������������������
�� ��� ���� ��� ���� �� ��� � ��� ������ � *�'+�(�*�!'� ���� � ���� �*�'+���� ��
������� ������ ��� ��������������� ��� ��� ����������� ����������� ������� ������
� ����������������� ���� ����� ������ �������� ���������������� ������� ������
� ��������� ����#19oC������6 a.m.��� �50oC��� ��12a.m.-2p.m.����� ����� ���� �PCM�
�� ������� � ������������� ��������� ������ � ����������� ��� �������������������
����� ��� ���� ����������� ����3oC�������������������� ��� ���������������������
�� � ������� �� ��� � �#PCM� ����� ���� �� ���� � ���PCM�������������� ��� ������ ����� �� ��
$�����8 a.m.������� �10 p.m.� �%���� ��������� ���� ��������� ��� ���������PCM�
� �� ���� � ��� ����� ���PCM� �������� ������ ����� �� ��$� ����6 a.m.� ���� ���8 a.m.����������� �
10 p.m.������� �6 a.m.� �%������������ ���� �������� �� ������ ���� ���� ��� ����
����� ������ �� ���� ��� ����������� ��� ������������� ����� ������������� �#PCM������
� ������������������ ���� ��������������������������� ��� ����� ���������������
�#PCM��� �������� � �� � ��� � ������ � ��� � #19oC� � ��� �PCM��� ������� ������
��� ���� ��#22oC���
�� ���*�!,�� ���� ��� ������������� ���������� ������ ��� ������� �������
� ����������������������� ��� �����22oC������6 a.m.���������8 a.m.�� �����������
������ ����������������� �������� ��� ��������� �������21.4oC� �������� �������������
����� � ������ � �������� ����� ����� � ���� ������ ��� ��24.8oC� �����3 p.m.� ���� ���
� ���� � ���� ������ ����� � �����9 p.m.���� ����� �� �� � ������ ��� � ����23.2oC��
������ ������������ ���������������6 a.m.�������� ��� �������������21.5oC���
�� ���*�!'�� ���������������������� ��� ������������� ����� �������
�������!"������ ���)�� ���� ��� ������� �������� ���� ���������������������� ���
������������ ����� ������� ��#6oC��� ���� ��(2 p.m.)������������������ � ��� �
��������������� ������������������������������������ ���������������� �����������
��������� ������ � ������������� ������ ����� ������� ������������ ���������� ������
� ���� ���� � ��� ���� ���� ����� � �1m2����� �� �� � ������ ��� � ������ �� ��� �� �����
��������������� ����������������������� �������������� ��� ��������� ������������
������� ���� ����������������� ���� ������ �����������
89
�"������!�����
������ � �������������� ����������� ������������� ���� ���� ����� ����� ���
����������� ���� ���� ��� ������� �� ����������� ��� �� �� � ��� ��������PCM��� �� ��� ��
$� ��� %���� ���� � �� � ��� � ������ �� �� ����� ���� ��� �� �� ������ ���������� ��� ��
��� ���������������� ���� �������� ���������� � ���� � � �����������'���� ���� �� ��
����������� ���� ����������������������� �������������� ����
�
�"# ������������
������ ��� ����� ���� � ���� ����� � ��� ����� �� ��� ���� �� �� �� ���� ������� ����
������������ ��$PCM��%�������������� ������ (�4m� ��� �(�4m� ��� �(�2,5m� �� ��"�'������
���������������40m3���������������� ������������72m2���������������$�����%16m2������
� �������40m2���
�
�
�� ��"�'����������������� ������
�
�� ���������������������� ��� ������������� �#�� ������ ��� ���"�!���
�� ������������� � �� � �������������������� ������ ���� �� ����������$�� ��"�*��%
� ����� �����(25cm×50cm×100cm)� ���.� ��� ����� � ��1cm×100cm×20cm��� ���� �������
� ���� (25cm×110cm×100cm)� ����� ��� ���������������� ����
90
.���� ����� � ��1cm×100cm×80cm������� '",�� ������� ������� �������� � � ����in-
line� ��� �����2cm×2cm� �� �100cm��� ���� '*.�� ��� ���� ��� ���� ��� ����� � � ����
staggered� ��� �����2cm×2cm� �� �100cm � ��� ���#175 � ��������� ��� ���� ��� ������
�� ��in-line���� �����2cm×2cm��� �80cm���������� ���� �� ����� ��� ���� �"�*��
�
�
�
�� ��"�!���#������������� ���PCM�(Boch and Dahary, 2003)��
�
�
�� ��� ����� �� ���������������� ��� � �����������������(Fluent 4)����������
��� ����������� �� ����� ����� ��������� ������ �������������� �$����� ������� ���
� ������ ����������������������� ����������%�
� ���� ���� ������������������������������ ����� � �������� ��2cm����������������������
� ����� ���� �������������� �� � ��� � ������������ �� �� ������ ��2cm �#�1cm��������
������� � ������������in-line� ������ � � ������������� � ���������������������in-line���� ��
� ���� ��� � ��������1cm� ���� �� � ���������� �� �2cm������ ��� ��������� �����
�������"�'���� � ����� �������PCM����������������� ���� �������� ���� �
��� �������
91
vertical plates 20cm vertical plates 80cm horizontal tubes in-line horizontal tubes staggered vertical tubes in-line
�� ��"�*������������ �������������� � ��
�
�����"�'����� ��� ������������������� ������������
�
����������� ������#PCM� kg��� ����������� m2��
� � ���� �20cm�11.2 �2.94
� � ���� �80cm�44.8�11.34�
������ � � ���in-line� 2cm×2cm��44.8�11.2�
������� � ���in-line� 2cm×2cm�44.8 11.34
������ � � ���staggered� 2cm×2cm�43.84�10.96�
���������� �� ���� ���������#PCM�� �������� ����������� ����
� � ���� ������� ��$ � ���� � � �� %� � ���� �� ��(fan)� ����� �� ������ ��� ��� �� �
����� !��
92
����� ������ ����� � �������� ������ ������������� ���� ����� ���������������
�� � ��� ����� �� ���� ����� �$� ����� ������� � ��� � � � ����� �
%� �� �� �� �� �� ����� ��� ����� ����
������� �����������������0.21m2�(1m×0.21m)���
���� ����� ������� � ���� �� �� � ���#PCM���� �� ��� �� ��� � �� �#PCM����� �
������ ��� ����� �����"�!��
�
�
�����"�!������ ��������� ������ �������� � ����
oC� � ������
���
� , kg/m s k, W/m K cp, J/kg K � , kg/m3� �� ��
# 0.0000185 0.026 1006 3.498-0.01134T+0.000012T2
��
!!-!" - 0.15 �� ��"�- /,, ����� , - 0.15 �� ��"�- /,, ����� , - 0.6 �� ��"�- ',,, ���
�
������������ ������"�!� �� �������������� ���� ��� ���� ���������� �� ������
�(4.1)�����2000012.001134.0498.3 TTair �����
������� ��������� ������������ ����� ������������A-5� Holman�� ��� �� ��"�"���
������������� ���� ���� ���� ��� �� ����� ������PCM������� ��������������� �����
22-24oC� PCM� ����� � ������ ���0oC��� �� ���� ��� ���� � ���� ������ � ����� ��� ��
�����������(effective heat capacity method) EHC ������ ����������� ������
�� ��������� �������� ���� ��� ������
�� ���"�-������� ����������������� �������� ���� �������22-24oC� ������������� �
206kJ/kg���� ��PCM������� ���������0oC�� ����������������� �������� ��� ������
273K� �� ������ �� �� ���� ��� ����PCM����� ����� � ������0oC� ��� ��� � �� ����� � �� ��
(335kJ/kg)� ���� ������������ ������� ����� ����
� ����� ��� � ������ ��� �������� ������ ���� � ��� ��� ���� �� �� �� ���� ������ �������
�� ���$��������%������� ��� ����� � �������������(�30oC� � ���(�40oC� ����(�50oC��
� ����������$���������%�25oC� 30oC� 40oC������ �� ����������������� �����������
�������������� �������������1.2W/m2 K����� ������ � �������������� ����$�� ��"�)��%�
93
�� �� �� ������ � ��� ���� � ���� ���� � ���� ��� ������� ������ �$�� ����� ���� ������� ���
�� �0�� �� ����� �%���� ����� � ���� ������� � �� ����� ���� � ������� ����� �������������
�� ��� ����� ���
�
�
�� ��"�"��������� ����������� �� ������ ���� ���Holman���
�
�
0
50000
100000
150000
200000
250000
300000
350000
270 275 280 285 290 295 300
Temperature, K
Spe
cific
hea
t, J/
kg K
H����A-G, J-L����I����
�
�
�� ��"�-��������� ���� ������� � �� � ���� ������ ��� �������������������
94
y = -33.048x2 - 33.007x + 106.26 y = -9.1089x2 - 17.329x + 106.260
20
40
60
80
100
120
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3velocity, m/s
Pre
ssur
e, P
a
�� ����
�� ����
Poly. (�� ����)Poly. (�� ����)
�
�� ��"�)�� ��� ������� ������ �������������
�
�
�������� ��������������������� �������“��”� �������� “��”� ��� ������ ���� �� �
����� ���� ����� �� ��� � ������ ����� ��� ����� ��� �� �� ���� � ��� �“��”�(�312.86K�
(39.7oC)� ������ �� “��”�(�304.12K�(31oC)������ ����� ������������ ����� ���� � ������
���������� �� ���������� �����PCM� �������� ��������� ������22oC� ��������� �H �#�I�
$�����"�*��%�
������������ ��������� ��� �������� ������� ��������� ���������� � �� � ����������
� ���� ������� ������� � �� � �� ����� ��� �� ���� � � �� ��� �� �� ������� �� ��� ������� ��
����������� ��"�*���
��� ������� �������� ������
'% ������� ��������� ����� ��������������� ��������������� ����PCM���
!% ����� ����#PCM������� � � ������� ����� ����� ��������� ���
*% ����� ������� ��� � �#PCM� �� ���� ��� ��������� �� ������� � ����
"% PCM�� �� �� ���� � ����
-% ����������� � ���� � � ����� ���� ���� � �������������#PCM��
)% ���� � ����� ����� ���������� ������� �
.% ����#PCM�� ���������������
95
�����"�*������� ������ ������������� �����
�
������ ���������������
������������
�� ������
��� ��
� �����
�� ������
��������
�� ��� oC�
����$����
��� �������
�������%�
A������� ����� ��� � ���
�� ����� �����in-line�
!�PCM�!!-!"������
B������� ����� ��� � ���
��� ������� ��staggered�
!�PCM�!!-!"������
C������� ����� ��� � ���
��� ������� ��in-line�
%1$�PCM�!!-!"������
D���� ��� � �80cm�!�PCM�!!-!"������
E���� ��� � �20cm�!�PCM�!!-!"������
F��� � �������� ������������� �
��� ��in-line�
!�PCM�!!-!"������
G������� ����� ��� � ���
��� ������� ��staggered�
%11$�PCM�!!-*"������
H������� ����� ��� � ���
��� ������� ��in-line�
!�PCM�,������
I������� ����� ��� � ���
��� ������� ��in-line�
!�����,������
J�� ��������� ����� ���
��� ������� ��in-line�
!�PCM�!!-!"������
K������� ����� ��� � ���
��� ������� ��staggered�
!�PCM�!!-!"������
L������� ����� ��� � ���
��� ������� ��in-line�
%1$�PCM�!!-!"������
�
�����%1$(������������������������� ����!����),����� ������ �������� ����������
��� ������������ ���� � ���� ����� �'� � %11$(��� ��� ������ ������ ���� �� �� ������ �� ��
(1.4m/s)������������� ���������������A��
�
96
�"� ����������!���
�� ����� ��� � � ��� � ���������������� �$ ����� ����� � ��� %���� �� ���&�
*�!� ������� ��������� � ����� �Segregated Solution Method�������������������� ���� �
� ���� ����� �� ��(fully implicit scheme)� &����� ��� ��� ���*�!� ������������������������ ��� ����
�# Standard Wall Functions� ����� �� � (Full Buoyancy Effects)����� ������ � $� &���*�!��%
����� ����������� �� ������������������������ ��#�*�!�!��
���� ���� ������������� ��Fluent 4������������� ���#�� ���������������z� �����
��������� ������ �� ����� �������� ������ ��� ������ �"�.��
�
�
�
�� ��"�.���� �������������������
�
�
�� ��� ���� � �� �� �� ����� ���135� � ���� �������x� '''� � ���� �������y �#�!)��������
�� ���z��������� ���������� ��������� � ������������� ������ �������y �#z�� ��������������
� ������ ����� ��� �������� � ��� ��$".� � �����������y� ).����������� � �z�%���� ��� �� �����
�����"-, ,,,��� ���� ������ ������������). !,, ���������������������������
97
��������������������������������������� ��� ���� �� ��� �� �������� ������������ ��
��� ���� ������� ���������������� ���� ����� ������������������� $�����"�"��%�
�
�
�����"�"��� ������������� � �� � ��� ���� ������ ��� ����
�
�� ������������x� m �� ������������y� m��� ������������z� m� ������ �
������min max�min�max�min�max�
� � �20cm 2.5×10-3 1.9×10-1�2.5×10-3�2.7×10-1�5×10-2�1.9×10-1�
� � �80cm�2.5×10-3�1.9×10-1�1×10-2�1.4×10-1�5×10-2�1.9×10-1�
� � ���
�����
�in-line
�
2.5×10-3
�
�
1.9×10-1�
�
1×10-2�
�
1.4×10-1�
�
5×10-2�
�
1.9×10-1�
� � ���
�����
�in-line�
�
2.5×10-3
1.67×10-1�
4.63×10-3�
1.36×10-1�
1×10-2�
2.21×10-1�
� � ���
������
staggered�
�
2.5×10-3�
�
1.9×10-1�
�
1×10-2�
�
1.6×10-1�
�
5×10-2�
�
1.9×10-1�
�
�
�� ���"�/��� ����� ��������������������� � ������ ���������
��� �� ������� ������� ��� �� ����������������� ����� ���PCM� ������������������
�������� ������� ���� ��� ������� ����������������� ��Fluent 5�
������������������� ��� �������� ���� ����� ��������� ������������������������� ����
���� �� ���� ���� ������� ���������� ����� ���������������� ��������� ������� �����
��� ����� ��� ��� � ������������������ � ���� ��� � �� �����PCM�� ��� ���������� �����
����������� �#�PCM$�����EHC�%� ����� � � �� ��$�� ���� ��� ����%� ����� ���� �� ��
�� ��������� $�� ��"�-��%�� ������� ������� ��������#�PCM���� ������ ��������������������
98
���� � ���� �80cm������ ��� � �20cm�
�
������ ����� ��� � ����������� ����� ��� � ����
��� ������� ��staggered����� ������� ��in-line�
�
��� ������� ������������� ��� � ���in-line�
�
�� ��"�/��� �������������� � ����
99
�"% �������!��
�� ������� ����������� ���������������������������������������� � ���� ��� ������ �
����������� �������� ��������������������� ��������������� ����� ������ �������� � �
���������� �� ����� ��������� ���������� ����������� ������������� ��������������� ��
������������������������������� ���������� ����������� ��� ��� ���� �� �"�*��
�������� ��� ����������� ��� � � �������������� ������� ����� ��� ������
�� � ������ ���#PCM� ���� �������� ������ � ��� �� �� ����� ���� ������ � � � � ����� ���
���� ����������� �� ������� � ���� ��������� �� ��������� ����� ����������� �����������
�#PCM� ����������� ������������������������������ ���� ����� � �$����������%���
����������� ���� ������������ � �������������� ���������� �����
�
�"%"# ����������������������
����� ���"�+�(�"�!,� ������ ���������������������� ������������ ���� �������
�������� �����������A-L$������"�*��%�
����������������� ��������������� ��� ����� �� ��� � ���������� ����������
����� ��������������������������� �� ��K����� ��������������������� ������ �����
����������#PCM����������� ���(22oC)� ������������H �#�I��������������#�PCM����
� ����� � �����0oC� ������� ��������� �� ������� � ����� ������ ��������� �� �����
���������� ���� ��������������
����� �� ����� ������������ ����� ����� � ����������������� ��������� �oC��
���������� ����� ���������������� ����� ��� ������� �������� ������ ������������
�������������������������������������� ������������������� ������ ��������������
40oC����� ��������� #31oC������ ����������
��� �������������������������������� �� ��� � ����� � ������������� ���
� ������ �� ������� ���� ������������������������������A#I���������������$�����
"�*� �%� ������J#L� ���� ��������� �$� ����"�*� �%� ������A#G �#�J#K� � ��PCM���� ������ �����
������� �����22-24oC� �������H�� ��PCM������� ��������������������0oC� ������I�
�� �PCM������� ������������� �����0oC� �
�
�
�
�
100
�� ��"�+���������� �� ��������� � �$�����A%�
�
�
�����"�+��� ������������� ���������� ����� ��� � �������� ����������� ���������
��� ������� ��in-line$������A�������"�*��%����',��� ���� ��������� ��������������� ���
������ � ��� � ��� ���� ���� �� � � � ����� �� ���'-,�� ����� �� ������ ������ ��� �������
�� ������ � ������������������!,,������� ��������� ������� ���������������� ���
���������� �����������������������*,,��������� ���� � �������� ������ �������� �����
������������ ���
��������� �
�������������
��������� �
�������������
��������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
101
�� ��"�',��������� �� ��������� � ��$�����B�%�
�
��� ���"�',��� ������������� ���������� ����� ��� � �������� ����������� ���������
��� ������� ��staggered$������B�������"�*� �%����',��� ��������� ��������������� ���
� � ����� �� �$� ��30.5oC� %�� ���� �� � ������ � ��� � ��� ��� ������ ���� ������� ����� ��
$',, ����� %������� ��� �������������� ���������� �� ����!,,��� ������ ������� ���
���� ���� �������������� ������������� �� �������������� ���� ���*+-��������� ����
� �������� ������ �� ���������������� ���������
��������� �
�������������
��������� �
�������� �����
��������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������� �����
���������� �
�������������
���������� �
�������������
102
�
�� ��"�''���������� �� ��������� � �$�����C�%�
�
�
��� ���"�''��� ������������� ���������� ����� ��� � �������� ����������� ���������
��� ������� ��in-line$������C�������"�*��%��� ������������������������� ���!����),� ���
��� ������������ ���� � ���� ����� �� ��� ��� �� � ������ ��� ����� �'� �� ���-,���� ���
������ ��������� �����������28.4oC������������������ ��������������� ������������!-,�
������ ��� ����� ��� �� ���*-,������ ��� ���� � �� ���� �� �� ���� ������ �� �����
����������������
��������� �
�������������
��������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�����������
���������� �
�����������
���������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������������
103
�� ��"�'!���������� �� ��������� � �$�����D�%�
�
�
�� � ���"�'!�� � ����� ����� � �� ����� �� ��� � �� ��� � ����� ������ ��� ����� �80cm�
$�����D�������"�*��%����',������ ��������� ��������������� ���29.1oC�������',,� ���
������������������ ��������������� �����������'-,� ����������������� ������ ���
���� *,,��������� ���� � �������� ������ ����������� ��������������� �������
��������� �
�������������
��������� �
�������������
��������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�������������
���������� �
�����������
���������� �
�������������
104
�� ��"�'*���������� �� ��������� � �$�����E�%
�� � ���"�'*�� � ����� ����� � �� ����� �� ��� � �� ��� � ����� ������ ��� ����� �20cm�
$�����E�������"�*��%����',������ ��������� ��������������� ���33.5oC����� ���������
��� �������$-, ���%� ����� ������� ������� ��� �������� ����������� ������ ������ �
���� � ����������������� �����'),��������� ���� � �������� ������ �������� �����
����������� ����
��� ���"�'"��� ������������� ��������������� �������������������� ��� � ��������
��� ������� ��in-line$������F�������"�*� �%� ���',������ ��������� ��������������� ���
29.6oC� �� ���',, ������������������ ������ ���� �� ����������������� ���������� �
���� *-,������� ���������� ��������������� ���������
��������� �
�������������
��������� �
�������� �����
��������� �
�������������
���������� �
�������� �����
���������� �
�������������
105
�� ��"�'"���������� �� ��������� � �$�����F�%�
��
��������� �
�������������
��������� �
�������������
��������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������� �����
���������� �
�����������
���������� �
�������������
���������� �
�������������
106
�� ��"�'-���������� �� ��������� � �$�����G�%�
��� ���"�'-�������� ����� ������������� ����� ��� � �������� ����������� ������������ ������� ��staggered$������G�������"�*��%��� ��� ��� ������������������ ���������� �
(1.4m/s)������������� ���������������A������',������ ��������� ��������������� ���29.2oC������'-, ������������������ ������ ���������������������� ��������������������� �� ��� � ���� ������ ����� �� ������ ���� �*-,������ �� ������ ������ ��� ���
����������������
��������� �
�������������
��������� �
�������������
��������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������� �����
���������� �
�������������
���������� �
�������� �����
���������� �
�������������
107
�� ��"�')�� �� ��������� � ���������$�����H�%�
�
��� ���"�')��� ������������� ���������� ����� ��� � �������� ����������� ���������
��� ������� ��in-line$������H�������"�*� �%� ���',������ ��������� ��������������� ���
15oC� ����� �� ����� �� ������ ���� ����� ���� �� ��� ������� ���������� ��� ����� � ��� ��
� �� ��$-, ���� �%� ����',,� ��� � ���� ������ ����� �� ������ ���!-,������� ��� ���
���������������������� �������
��������� �
�������������
��������� �
�����������
��������� �
�������� �����
���������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�����������
���������� �
�������������
108
�� ��"�'.���������� �� ��������� � �$�����I�%�
�� � ���"�'.��� � �� ���� � ����� ����� ������ ��� � ����� ������ ��� ����� �H$�� ����I�
������"�*��%����',������ ��������� ��������������� ���14.1oC��������������� ���������
������������ �'-, ���� �� ��� � ����������������� ���������� �"/,���������� ���
������������� ����������������
��������� �
�������������
��������� �
�������������
��������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������� �����
109
�� ��"�'.$�������%�������� �� ��������� � �$�����I�%�
�
�
�
�
�
�
�
�
���������� �
�������������
���������� �
�������� �����
���������� �
�������������
���������� �
�����������
���������� �
�����������
���������� �
�������������
110
�� ��"�'/���������� �� ��������� � �$�����J�%�
�
�� � ���"�'/�� � ����� ����� � �� ��������� �� ������ ��� � ����� ������ ���I$�� ����J���
������"�*��%����',������ ��������� ��������������� ���25.8oC��������������� ���������
������������ �*,, ����������������� ���������� � � ���� �� ���),,���������� ���
���������������������� �������
��������� �
�����������
��������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�������������
���������� �
�������������
���������� �
�������� �����
111
�� ��"�'+���������� �� ��������� � �$�����K�%�
�
��� ���"�'+��� ������������� ���������� ����� ��� � �������� ����������� ���������
��� ������� ��staggered$������K�������"�*��%����',��� ��������������� ��������� ������
26.3oC�������������� �������������� ���������*,,�������������� ���������� � � ���
���������)-,���������������������� ��������������� �����
��������� �
�����������
��������� �
�������������
���������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
112
�� ��"�!,������� �� ��������� � ����$�����L�%�
�
��� ���"�!,��� ������������� ���������� ����� ��� � �������� ����������� ���������
��� ������� ��in-line$������L�������"�*� �%� ���',������ ��������� ��������������� ���
25.8oC�������������� �������������� ���������!,,��� � � ����������������� �������
���������),,����������� ��������������� ���30oC��
��������� �
�����������
��������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�������� �����
���������� �
�����������
���������� �
�����������
���������� �
�����������
113
�"%"� ��������������PCM������������
����� ���"�!'�(�"�*!��� ���� �������� ���� �������#PCM�� ���� ���������������
������A-L$������"�*�%�
������� ��� ����� �� ��� � ����������������������� ����������� � ��������
� ������� ��������������������������� �K����� ���������� ���������������#PCM�
��������� � ������������ ������������������������ ������������� ������������� �
���� �������� ��������� ������� ������������� ����
�� � �� �� ������� � ������� ������� � ��� ��� ����� ��� ���#PCM�� �� �
� ���������������� ����������� ����������� ������� ��A$��� ��"�!'%� ����',���� ���
�� ���� �� �� �����#PCM���� � ���� ������ ����� ��� ��� �� � �� �� ����� ����� �������� � ���
������������� ������ �� ����������-,�������������� ����������������� ������� �� ���
������������� ������������ ��������������������� ����������
�������� ������� ����� ��������� ������� ������ �� � ��#PCM� ���������
�� �������������������� �� ������� ����� ������� ���� ������ ����������� �� � ��
� ����������������������� ���������� ����������������� ��������� �������� ������� ��
� ��������������������� ������� �������������� ������������ ������������!,,���� ���
������������� � �������������������� ���������� ��� ������������� ��������������
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
�
114
Time: 10min 50min 100min 150min 200min
�� ��"�!'���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����A�%�
�
Time: 10min 50min 100min 200min
�� ��"�!!���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����B�%�
�
�
115
Time: 10min 50min 100min 150min 200min 250min
�� ��"�!*���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����C�%�
�
Time: 10min 50min 100min 150min 200min
�� ��"�!"���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����D�%�
116
Time: 10min 20min 30min 40min 50min 60min 70min 80min
�� ��"�!-���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����E�%�
�
Time: 10min 50min 100min 150min 200min 250min
�� ��"�!)���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����F%�
117
Time: 10min 50min 100min 150min 200min
�� ��"�!.���� ������������ � �PCM������������� ���� ��$�����G�%�
�
Time: 10min 50min 100min
�� ��"�!/���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����H�%�
�
�
118
Time: 10min 50min 100min 150min
�� ��"�!+���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����I�%�
�
Time: 10min 50min 100min 200min 300min 400min
�� ��"�*,���� ������������ � �PCM������������ ���� ���$�����J�%�
119
Time: 10min 50min 100min 200min 300min 400min 500min
�� ��"�*'���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����K�%�
Time: 10min 50min 100min 200min 300min 400min 500min
��� ��"�*!���� ������������ � �PCM�� ��������������� ��$�����L�%
120
�"%"% ������������
�� ���"�**��� ������ � ��� ������������ �� ��$� ���� ���"�)� %� � ��� �� ��� �����
�������������� ���� ������� �� ���������������������������� ���� �����������������
�� ���� �� ��� �$� �����������'� %�� �� ��� ������������� ����� ��� ��� ������ �� ������ �
$������������!�%������� ���������������� ��� �������������� ������������������������� ��
�� ��� �������������� ��� ����������� ��� ��� ������ �� ��� � ��� ������� ������&���
� ����� ��������� � �� � ��� ��� � ���� �� ���� � ����� ��������� � ������ ��� �������� � �
��� ��20cm$������E%� ��� ��������� � �80cm$������D%� ��� ������� ������������� ��� � ���in-
line$�� ����F%� � �� ��� ���� ��� ����� � ���� ��� � ���in-line$�� ����A� C� H I �J �L� %� � ���
� �� ��� ���� ��� ����� � ���� ��staggered$�� ����B� K� �%� � ���� ���"�**������� � �����
�����������������'������������������!�������� ���C �#�L������������� ������������"�*���
0
20
40
60
80
100
120
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3
velocity, m/s
Pre
ssur
e dr
op, P
a
������!�����"
������!�����"
E����D����A, H, I, J����B, K����C,L����F����
��
�� ��"�**���� ������ � ��� ������������
�������"�-���� ������������ �� �� �������������� � �� � ��� ��������������� �� ����� �� ��
�� ������� � ��� ���"�**�
�� � ���"�*"� ������ � ��� ������ � ��� �� �� ����� ���� � ��� ����A-G$�� ����"�*� �%���
������������������ ����������� ��� ��� ����� �� ��� � �����������������������
� ����� ������ ���� �� �� �� ���� �� �� ����� ������ ���������� � �� ��� ��� �� ������� ���� �
� ����� ���������� ���������� �� ����� �����������������E$������"�*�%���������� ���� �
�� �����������������$�����10-15Pa%� ������� �� G$������"�*�%������������������150Pa�
�
�����"�-�������������� �� �������
������E�D�A� H� I� J�B� K�C� L�F�
�� ������� kg/s ,�-*�,�-'�,�*!�,�!�,�!"�,�-*�
121
Pa A B C D
Pa E � F G �
�� ��"�*"���������� �����������$������A-G�%�
122
�"%"� ���������������������
����� ���"�*-� "�*)�������� ���������� ��������� � � � ������ �������A-G$������"�*��%����������� ��� ��� ����� � �
������������������ ������� ����������������� � �������������� ������������ ��� �� ��� �� �������������������������
m/s A ��� B �� C ��� D
�� ��"�*-���������� ����� ����������� � � ����$������A-D�%�
123
���� m/s ������ E ���� F G
�
�� ��"�*)���������� ����� ����������� � � ����$������E-G�%
124
������ �����"�*.�������� ��������� ���� ������������ ��� �������A-G$������"�*��%���
�� � ������������������� ����������� ��� ��� ����� �� ����
A B
C D
E F
G
�� ��"�*.��������� ���� �������� �$������A-G�%
125
�"%"& �������!�����������������
����� ���"�*/�(�"�",�������� ���� �������������������� ������ ���������������� ��A-
L$������"�*��%����������� ��������� ��������� �����������#40oC������ �������� #31oC�
������ ���������
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Time, min
Tem
pera
ture
, C
A����B����C����D����E����F����G����
�� ��"�*/���������� ������� ���� �����$������A-G�%�
�
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Time, min
Tem
pera
ture
, C A����B����C����D����E����
F����H����I����
G����
�
�� ��"�*+���������� ������� ���� �����$������A-I�%�
126
25
25.5
26
26.5
27
27.5
28
28.5
29
29.5
30
30.5
31
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Time, min
Tem
pera
ture
, C
K����J����L����
�� ��"�",���������� ������� ���� �����$������J-L�%
�"%"' ����������!��
������� �����"�"'�(�"�")���������� ��������������������������� ��� ������� �� � �������
�������� ���� ��������������������������������� ��������� ������� ������A-L$������"�*��%
���� ��������� ���������������������� �����#40oC������ �������� #31oC������ ���������
�
-3600
-3300
-3000
-2700
-2400
-2100
-1800
-1500
-1200
-900
-600
-300
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Time, min
Hea
t Tra
nsfe
r R
ate,
W
A���� B����
C���� D����
E���� F����
H���� I����
G����
�� ��"�"'����������� �����������$������A-I�%�
127
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
1800
2000
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Time, min
Hea
t Tra
nsfe
r R
ate,
W
A���� B���� C����
D���� E���� F����
H���� I���� G����
�
�� ��"�"!����������� ������� �����������$������A-I�%�
�
�
-2200
-2000
-1800
-1600
-1400
-1200
-1000
-800
-600
-400
-200
0
200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Time, min
Hea
t Tra
nsfe
r R
ate,
W
B���� A���� C����
D���� E���� F����
H���� I���� G����
�� ��"�"*��������� ��������� ������� ������������� ��$������A-I�%��
128
-800
-750
-700
-650
-600
-550
-500
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Time, min
Hea
t Tra
nsfe
r R
ate,
W
K���� J���� L����
�� ��"�""����������� �����������$������J-L�%��
�
0
50
100
150
200
250
300
350
400
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Time, min
Hea
t Tra
nsfe
r R
ate,
W
K���� J����
L����
��� ��"�"-����������� ������� �����������$������J-L�%�
��
�
129
-500
-450
-400
-350
-300
-250
-200
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Time, min
Hea
t Tra
nsfe
r R
ate,
W
K���� J����
L����
��� ��"�")��������� ��������� ������� ������������� ��$������J-L�%�
�
�"%"( ��������!��
������� �����"�".� "�"/�������������������� ��#PCM�� �������������� ������������
�������� ��A-L$������"�*��%��� ���������������������� ��������� ������#40oC������ ���
����� #31oC������ �����������������������#PCM�������������������#�,����'���
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500
Time, min
Mel
ting
Fra
ctio
n C����
A����
B����
D����
E����
F����
H����
I����
G����
��� ��"�".����������������#PCM�� ������������$������A-I�%�
130
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700
Time, min
Mel
ting
Fra
ctio
n
L����
J����
K����
��� ��"�"/����������������#PCM������ ��������$������J-L�%
�"� ��!���������
��� ����������������������������������� ������ � ������������������&����
���������� ������� �������� ������� ��� ���� �� ������������ � � � ����� ��� ��� �����
����� ��������� �� ���������������
�
�"�"# ���� ����)��������������
� &���� ��� � �� � ��� ���"�*�*� � ������������ ��� �����!���� � ��� ��� ���� �� ��
� ������������� � ��� ���������������������� �� '����� ��� � ����� ������ ��� ���� �� ��
��� ������� �������� in-line��������D� E� F$������"�*� � ���"�/�%����������� ���������������
��� ��� �� �� ���� ���� � ���� � � ��� ������ ���� ����� ���$� ����10-15Pa%� ��� �� ����� ��
��� ��$�����0.53kg/s��%������A$������"�*� �� ��"�/�%��� ������ �������������� �������������
� ����� ������� ������ �� �$�����62Pa� %� � �� �� ��� ����� ����� ��� ����$� ����0.32kg/s��%
������B$������"�*� �� ��"�/�%������� �� ������������������ ���� ��� ��� ������ ���� �
���� ����� ���� ��� ����� ����� �$� ����83Pa� %� �� �� ��� ����� ����� ��� ����� ������ $�����
0.2kg/s�%�
� ���� � �� ��� �� �� �� �������� �� ��� ����� ������������� ���� � ��� �� ��� �
),3������ ��� ������������������������ ���� � ������ ����������������� ������������
� ������ ������ �� ��� �����A� �� �����G$�� ����"�*� � � ��"�/� %���� �� ���� ���� �� �����
131
������������������ ������ �� ������������ ������������������������������������� �
� �����A� ���� �� � ��� ����� ������ ���� ����� ���#150Pa� �� �����C$�� ����"�*� � � ��� � ��"�/�%
� ����� ������������ �� ����������� ���������37Pa �#0.24kg/s�������
�
�"�"� ���������������������������
��&����"�*�"� � ��� �������$���� ��"�*-� "�*)�%��� �������� � � � ������ ��
�������� ���������� ��A-G$������"�*� �� ��"�/��% � ������� ������� �� ������������������
������������� ����� ��������� �������������� ��������� ��������� ����� ��#�0.5m/s�
�� � � ����� ���� �� �� � ����� ������ �� ��� �� �� ��� ����� ��2.5m/s��� �� �� ����
� ����� ������� � �� �� �� �� �� ������� ����� �� �� ����#�6m/s� �� ������ ��� ���
��������� ������������������������ �E$��� ��"�*)��%�
������������� � �� ���� �������� �� �� ���� � �� ��� � �� �������� ��� ���� ��� �
����� ��� ���� � ��������� ��� � �� �� ������� ������� ��������� ������� ������
����������������������������������� ���� �������� � ��� ����� � ����� ������� �����
������� ���������� ��������� �G$��� ��"�*)�%�� ����� ����� ������������������ ��
���� � � � � ����� ������� �� ��� ���� �� ��� ����� � ����� ������ ���� ������� ������� �� ���
staggered��&� ��� ������������� ���#����� ������� ������� ����� �������� � � ��������
���������������� ���� ��� �����������������
����� �����"�*.�������� ��������� ���� �������� ��� �������A-G$������"�*�
�� ��"�/��%����� ��� �������� ���� ��� ��� ������� � ������� ���������������
������������� �������������� ���������������� ���������� ������ ���������������� ������
�������� ��������� �������������A� C� D� ��� � ����� ���� �����������������������
������� ����B� E� F� G� �� ����� �������� ��� ���� ������ � ������� � ���������
����� �� �� � �� ���� ��� ��� � �� � ����� � �� �� �� ��� � ���� ����� ���� �� ��� � ��
������� ���������� ���� �������� ������� �������� ������� ��������� � ������� � ��
��� �������� � ���������������� �� ����� � �������� ������������� ������ ���
������� ����� ����
�
�"�"% ������������������
��� ���"�*/$��&���"�*�-� %�� ���� ���������������� ������ ������� ������ ������
�������� ��A-G$������"�*� �� ��"�/��%���� ��������� ���������������������� �����#40oC�
$���������%����� ������������#PCM�����������������22-24oC����������� �������������
132
�������������� ����������� ���������� ������������� ����������� ��� ������� ������
������������� ������#PCM����������������������� � ��������������#PCM�������
������������ ��� ������#PCM ������� �������� ���� ���� ���������� ������������ ��
�� ��� ����� � �������� �� � �� �� ���� ������� ����� �� �� � ������ ����� ��� ���� ��
����� ������� ��������������������� ��� � �� ������������� ���PCM����� � ��������� ��
��� ������� �� ����� ������ �� ���� ����� ����� ������ ���� ��� ���*-,��#�"-,����� ���
��� ������ E$�� ����"�*� � � ��"�/%� �� ��� ���� ��#PCM� ��� �����1/4$�!,, ���� �%�� �����
� ����� ��� ��� ������� ������� ��������� ����27.5oC$�� ����D%���������� ���� � ������
������������E$������32oC��%���������� �����#E� ��������������������� ������������� �
����'-,$������D�%�#�!,,$������C�% �����
���������� ���� ������A� B� D� F� G$������"�*� �� ��"�/�%�������������#PCM�
�� �� �������� ��� � A� F� G� �� � ��� �������������B�������� ����������� �������
��� ��$�������������%������������������ ���� ������������������������������������������
�� ���������������������D������� ��� �����������$������ ��������1cm�� ����2cm��������
����%� �� ��� ���� ����� ��� ���#PCM� � ����� � ���� ��� ����� ����� ��� ����� ������ ��
�����������#PCM��� ��� ��� �������������������������������������������������#PCM�� ��
������
�� �� ��� ������ � ���� � ��A$�� ����"�*� � � ��"�/� % ������ ������ � ��� &���� ���� �
������� ������� ���C ������������ �� ���������� ����A� � � ������������������������
������ ��� � ����),������ ����� ���� ��� ������������ �!��� ������������� �� ��� �'�����������
$�� ��"�**��% � ����� ������� � ����������������������� ������� � ��������������
����� ��������� ������������B���������������������� �������� ����#�',3���
�� � ���-�*+���������� � ��� � ���� ���� ����� ����� �� ���� �� ������� ����� � ��� ����
A-I� �� � ��� � ��� �����"�*/� � ��� ������ ���� � �� �� ��� ��PCM� ����� � ������ ���0oC���
$�����H�%������ �� $�����I��%������ ������������������� ������������� �������������
����� � ������� ��� ��� ���� � �����H� ����� ��� �� �� ����� � ������14oC� ��� ��� ���
�����-,������������������� � ���*,, �������� ��� ������I��� �������� ���������&�
��������������� ������������H$�12oC%� �������� ������� �� '-, �������������������
�����-,, ����� ����� ������ ��������������������������� ���������I��� ���� ��$���1.25%�
� � ��� � �� �� ��� � �� � ���$� ��1.7� %� ���� � ��� ���� ����� ������ ��� � ��� ���� ��� 335kJ/kg�
��� ��#PCM��������� � �206kJ/kg���
133
�� � ���"�",����������� � ��� � ���� ���� ����� ����� �� ���� �� ������� ����� � ��� ����
J-L$������"�*� �� ��"�/��%������� ���������������������� �����31oC$����������%��� �����
�� ��� ����#PCM� ����� ������� ����22-24oC� �� ������ ������� ��������� ��� �� �� �����
���������25-25.5oC� �������� ������400-450������������������� � ���)-, ���� �� ��
���������� ��������������� �����������������$�����L�%������� ������������������������
�#�',3���
�
�"�"� ����������!��
�� � ���"�"'$�� &���"�*�)� %��� ��������� ��� � ��� ����� ����� ��� ������� � ������ ����
�������� ���� ���A-I$������"�*� �� ��"�/��%���� ��������� ���������������������� �����#
40oC$�� ������� �%�� �����#� �� ����� ����� ��� ����� � ��� ������ ������� � ����� ������ �� ��
�������� ���� ���� ������������� ������ �&������� ������� �������� ������E���������
� ��� �������� ��A� B� D� F� G � ��� � ����������������H������ �������������� �����
��������������������� ������� ���� ����������������� �� �� ���� ������������ �������
�#PCM��������� ��I��������������� ����������������� ���������������
��� ���"�"!�� ���������������������� ��������� ������������������������ �������
�������� ��A-I� ���������� �������������� �������� ������ ��� � ������������� �����
�� �� ��� ����� � ����� ����� ����#40oC$�� ������� �%�� � �� ����� ��� �� ����� ����� �� � ��
� ��� � ������ ������ ����� � ������� ��� �� � �� ����� � �� ����� � ��� ����� ���� �
������� � ���������� �� ����� � ���� �� ������ ���� ����������������� ����� ������� �����
� �� �� �� ��� ����� ���� ���� �� ����� ��� � � ���� � ���� � ��� ����� ���� ��� ��� ��� ���� �����
� ������ ������� ����E� ������ �� �I� ��� ��� ���� �������$� ����"�*� � � ��"�/� �%������������ � ��
A� B� D� F� G�������� ���� ������������ ������ ��������� ������������D�� ��������� �
������� ���B���
��� ���"�"*�� ������������������������������ ������������������������ �������
�������� ��A-I$������"�*� �� ��"�/��%���� ��������� ���������������������� �����#40oC�
$���������%������������ ���� ���� ��&������ ���������� ������������ �������������������
������������������ ���� ������� �������������������������#�������������������� �����
���������������������� ������� ��������������������������� ������������ ����������������
&������������������ ��������� �� ������� ������ X$���%� �� ��� �������� ���������������
��������&���������������������������� ������������������� ������������ �����������
134
����������������� ��� ������������� � ����� ���� ���������������� �������������
����� ����������� ��������������������� ���������� �� ����� ��� ��������� ��� ��������
����� ���� ��� �� ������� � � � ����� ������� ���� ��� ���� &���� ����� � �� ��� ����
� ������������“�����”������� ��� ���� �������������������������
��� ���"�""��� ������������������������ ��������������� ���� ��������������������
J-L$������"�*� �� ��"�/��%���� ��������� ���������������������� �����#31oC$����������%�
������� �� � ��� � � ����� &�������� ��� ������� ��� � ��� ��� �� ���� �������� ���
� ������J� ��� � �� � ��� ����� ����� � ��� ���� ���� � ���� ���� ��� �� ����� � ��� ����� ����
������ ���������� ����������������� �������������� � ��� ����
��� ���"�"-�� ��������������������� ��������� ������������������������ �������
�������� ��J-L$������"�*� �� ��"�/��%������������������ ��������� ��������� ����#31oC�
$� ������� �%�� ����� � ��J����� ��� ����� ����� ���� � ��� �� �� ��� � �� ����� ���� ������� ����
��������
��� ���"�")�� ������������������������������ ������������������������ �������
�������� ��J-L$������"�*� �� ��"�/��%������ ��������� ��������� ����������������#31oC�
$���������%��� ������������������ � �� � ������������ ���� �� � ������������������ � �
����������
�
�"�"& ��������!��
�� � ���"�".$�� &���"�*�.� %�� ��� ����� ����� ���� �#PCM�� ���� ���� ����� � ����� �������
�������� ��A-I$������"�*� �� ��"�/��%���� ��������� ���������������������� �����#40oC�
$���������%���������������#PCM������������������#�,����'���������� �������&����E�
� ���������������������#PCM�������� ����� ��., ������������� �� B� C�� ����������������
(�!*, ������������ ����������� ������������������� ��������� ���� ���������� ������I��#
PCM������ �������$�����'-, ���%� �����������A� B� C� D� F� G����� �� ��� ����� � �
� ���� �� �� ������������� � ������� ���� ����� ������ ��������� �����$�� ��"�*+��%�
��� ���"�"/������������������� ��#PCM�������� ���� �������������� ������������J-L�
$� ����"�*� � � ��"�/� �%�� �� ��� ����� � ����� ����� ����� ����� �� �����#31oC$�� ��������%�
������� � ���������� ��� � ��� ����� ������ ������ ���� � �� ������� ������� ����� ����
�����J��� �����������#�"/, ���� ������� ��� �� L� ��-!, ������
�
135
&" �����!������������������������������
�� ������������� ����� � ��� ���������� ��������� ������ ����������� ������ ������������
�
&"# ����
��� ���� � ���� ����� ��� ����� �� �� �� ���� � ������ ��� ������ �� ����� ���� ��
�� ����������������� � ������� ����� ����������� ������������ � ������ ������ ��������
� ����
����� ���*�'. �#�"�*/������� ���� �������������������� ����� �������� ���� �������
������� � ���� ���������������������� ����L���� �������� ���$�� ��*�'.�%���
� ����D� �� �� ����� � ���$� � ��"�*/� %� �� � �� ����� � ���� ����� �������� ���� ��� ��� ����
��� �� ������� ��� ��������������� ��������� ��$���� �������������������#�40oC����
�����27oC��%����������� � �� ����� � �� � ����������������� �������� �������
� �������������� � ��������� ���450 ���� �������������������� ��������� �����������
200 ������� ��� ������ ����� ��������� ���� �������������#������������ �����������
����$��� ���������� �������������� ��� ������ �������� � ��� ����%��� ������ �������
PCM� ���� �����1200����� �� ������� ������ ���� ���� ��� �� ����� �� �� ������ ��
�� ����#�",, ������
������������� ��������������� � ��� � ������������� ����� ������������ ������
PCM���������*��� ���� ��(128kg)��� ����������� ����������������������(45kg)���
���������������� �� ����� �������������� ����� ���� ������ ����� ������� ����� ��
��������� �� ���&�������� ������#PCM � �������� ���� ����������������������$���
������ ��� ����� �%�� � ��� �� �� ����� ������ � ����� �� �� �����$� ��� �� �� %� ���� $����
�� ������� ��� �� ���������% ����� ����� ���������������� � ��������� �������� �� ���
&������ �������� ������������� � �����������
�
&"� ��� �
� ���� �� ��� ������ � ���� ����� ��� ��� �� ����� �� �� �� �� ���(4m×4m×2.5m)������
������������ ��������� ��� �����������
� �� ��� ���#� � ����#� ����� ����� ����(transient)���� ��� �������� � ��� �� ��
� ������������� ������ ������ ����� ���� ��������������� ����PCM� ��� ��� ��� ������
� ��������� ��������� ���� �� ������� ����� � �������� ������� ���� ��� ������ ���
136
����� ���� ��� ����������Fluent 5.5��������������� ������ ����$PCM�%��������������
EHC�(effective heat capacity method)� ������������ ��� ����� ������ �� ���� ��� ���������
�� ������������
������� ����� ������ ��� �� ������ �� ���� ���� ������ �� ��� recyclable� ������
������������ ��� ����& ������ ����� ������ ���� � ������� ������ ������������� �����
22-24oC�� ����� ����� ������� �� ��������� ���� ��������������������� �� ��� ��� ����
��� � �� ��� ���� ����� ��� ���
� ������ ��������� ������� ������� ������ ���� ����������������� ���� ������� �
� ���������������� � �� ������ ������ ��������������� ���� � ���� �����PCM�����������
��� ����� ��� ���� ���������� ������������� ������
��� ������ ������ ����� �� ���� ��� � ��� ����������� � ��� �� ����� ��� ��� ����� �� ������
����������� �� ��� ����� ��������� ����� ������ ��������� ��������������� �������
��� ���� � �� ���������� ��� � ������ ���� � �� � ��������� �������� ���������� ��������
�� ������ ���� �� ��� ���� � ���� ����� ��� ��� �� ������������ � ���� �� ��� � ��� � ��� �� � �
����������!"������������������� ��� ����� � ����������� �����
����������� � ����������� ����� ��� �������� ��� �� ����� �� ��������
������ �������� �� ������ ���� ���� �� � ������������������������� ����� � ��� �����
����� ��������� ������ ��������� ��� ����� ��������� ����� ������ ��������� ������ ��
��� ������ � ��� � ����������� ������������PCM��
��� ���� �������� � ��������� �������� ��� ���������� ������ ��#PCM����� �
���� ���������� ���� ��������������� ��������� PCM������ ������������� ����������� ���
������� ����� �������� �� ������� ������������ ����� ���������������� � �������������������
�� ������ � ���� ��������������������������
�� ����� �������� � ��� ������� ���������������� ������ ��������� � �20cm� � � �
� �� ��� �����80cm� ����� � ����� � ���� ��� � ���� ������ ���� ���in-line� ����� ��� � ���
����������� �������� staggered���
������������������������ ����������� ��� ����������������� �� ���� � ������ ��
����� ��� � ���� � � �� � ��� ��� ����� � ������� ������ ��� �� ���� � ������ ��� � ���
������� � �� � ��� ����
� ��� ��� � �� ��� ������ �� ��� ������ ��� � � ��� �� �� ���� ��� ������ � �
�������� ���������������� �������
137
6"����� ������
1. A.K. Athienitis, C. Liu, D. Hawes, D. Banu, D. Feldman, Investigation of the
thermal performance of a passive solar test-room with wall latent heat storage,
Building and Environment, 32, pp. 405-410, 1997.
2. N.K. Bansal and D. Buddhi, An analytical study of a latent heat storage system in
a cylinder, Energy Convers. Mgmt., Vol. 33, No. 4, pp. 235-242, 1991.
3. R. Boch, S. Dahary, A Phase Changing Material (PCM) Air Conditioning Unit
without a Compressor, Heat Transfer Laboratory, Department of Mechanical
Engineering, Ben-Gurion University, Final report 03-60, 2003.
4. H.S. Carslaw, J.C. Jaeger, Conduction of Heat in Solids, 2nd ed., Oxford
University Press: London, 1959.
5. J. Eftekhar, A. Haji-Sheikh, and D.Y.S. Lou, Transactions of the ASME, Journal
of Solar Energy Engineering, 106, 299, 1984.
6. M. Esen, Aydin Durmus, Ayla Durmus, (1998) Geometric design of solar aided
latent heat storage depending on various parameters and phase change materials,
Solar Energy, 62, pp. 19-28, 1997.
7. H.E.S. Fath, Assessment of solar thermal energy storage technologies, Renewable
Energy, 14, pp. 35-40, 1998.
8. K. Fieback, H. Gutberlet, The use of paraffin waxes in thermal energy storage
applications, Warmetechnik, 7, 1997.
9. S. Fukusako, M. Yamada, Melting heat transfer inside ducts and over external
bodies, Experimental Thermal and Fluid Science, 19, pp. 93-117, 1999.
10. M.M. Farid, F.A. Hamad and M. Abu-Arabi, Melting and solidification in multi-
dimensional geometry and presence of more than one interface, Energy Convers.
Mgmt., Vol. 39, No. 8, pp. 809-818, 1996.
11. M.M. Farid and A.K. Mohamed, Chemical Engineering Communication, 57, 297,
1987.
12. M.M. Farid and A. Kanzawa, Thermal Performance of a Heat Storage Module
Using PCM’s With Different Melting Temperatures: Mathematical Modeling,
Journal of Solar Energy Engineering, Vol. 111, pp. 152-157, 1989.
138
13. A. Glaich, L. Finkelshtein, Experimental Investigation of Phase Change Material
In a Spherical and Cylindrical Enclosures, Heat Transfer Laboratory, Department
of Mechanical Engineering, Ben-Gurion University, Final report 03-65, 2003.
14. A. Goldenberg, B. Abramzon, G. Ziskind, V. Dubovsky, R. Letan, Temperature
moderation in an enclosed space by a portable PCM heat storage unit, Heat
Transfer 2002, Proceedings of the Twelfth International Heat Transfer
Conference, pp. 543-548.
15. S.M. Hasnain, Review on sustainable energy storage technologies, part I: Heat
storage materials and techniques, Energy Conversion and Management, 39, 1127-
1138, 1998.
16. J.P. Holman, Heat Transfer, Fifth Edition, McGraw-Hill Book Company.
17. A. Kurklu, Energy storage applications in greenhouses by means of phase change
materials (PCMs): a review, Renewable Energy, 13, pp. 89-103, 1998.
18. Y.B. Kang, Y.P. Zhang, Y. Jiang, Y.X. Zhu, A general model for analyzing the
thermal characteristics of a class of latent heat thermal energy storage system,
Journal of Solar Energy Engineering-Transactions of the ASME, 121, pp. 185-
193, 1999.
19. W.M. Kays, H.C. Perkins, Forced convection, internal flow in ducts, in : W.M.
Rohsenov, J.P. Hartnett, E.N. Ganic (Eds.), Handbook of Heat transfer
Fundamentals, McGraw-Hill, New York, 1966.
20. T. Lee, D.W. Hawes, D. Banu, D. Feldman, Control aspects of latent heat storage
and recovery in concrete, Solar Energy Materials and Solar Cells, 62, pp. 217-
237, 2000.
21. A.L. London and R.A. Seban, Rate of Ice Formation, Transactions of the
A.S.M.E., pp. 771-778, October, 1943.
22. M. Lacroix, Numerical simulation of a shell-and-tube latent heat thermal energy
storage unit, Solar Energy, Vol. 50, No. 4, pp. 357-367, 1993.
23. B.E. Launder, D.B. Spalding, The Numerical Computation of Turbulent Flow.
Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 3: 269-289, 1974.
24. B.E. Launder, D.B. Spalding, Lectures in Mathematical Models of Turbulence.
Academic Press, London, England, 1972.
139
25. J. Onishi, H. Soeda and M. Mizuno, Numerical study on a low energy architecture
based upon distributed heat storage system, Renewable Energy, 22, pp. 61-66,
2001.
26. Rubitherm GmbH.
27. S.D. Sharma, D. Buddhi, R.L. Sawhney, Accelerated thermal cycle test of latent
heat-storage materials, Solar Energy, 66, pp. 483-490, 1999.
28. E.M. Sparrow and G.T. Geiger, Melting in a horizontal tube with the solid either
constrained or free to fall under gravity, Int. J. Heat Mass Transfer, Vol. 29, No.
7, pp. 1007-1019, 1986.
29. J.R. Turnpenny, D.W. Etheridge and D.A. Reay, Novel ventilation cooling system
for reducing air conditioning in buildings. Part I: testing and theoretical modeling,
Applied Thermal Engineering, 20, pp. 1019-1037, 1999.
30. R. Velraj, R.V. Seeniraj, B. Hafner, C. Faber, K.Schwarzer, Heat transfer
enhancement in a latent heat storage system, Solar Energy, 65, pp. 171-180, 1999.
31. R. Viskanta, Phase-Change Heat Transfer, in Solar Heat Storage: Latent Heat
Materials, Volume I: Background and Scientific Principles, Editor George A.
Lane, Ph.D., chap. 5, 1983.
32. S.M. Vakilaltojjar and W. Saman, Analysis and modeling of a phase change
storage system for air conditioning applications, Applied Thermal Engineering,
21, pp. 249-263, 2000.
33. M. Yamaha, A study on a heat exchanging ventilation system for residential
house using phase change material, IEA, ECES IA Annex 17, Advanced Thermal
Energy Storage Techniques - Feasibility Studies and Demonstration Projects
Planning Workshop, 5-6 April 2001, Lleida, Spain.
34. B. Zalba, J.M. Marin, L.F. Cabeza, H. Mehling, Review on thermal energy
storage with phase change: materials, heat transfer analysis and applications,
Applied Thermal Engineering, 23, pp. 251-283, 2003.
35. B. Zivkovic and I. Fujii, An analysis of isothermal phase change of phase change
material within rectangular and cylindrical containers, Solar Energy, Vol. 70, No.
1, pp. 51-61, 2000.
�
140
�
����#��� ������� ������� ������ � ��� ������ �����
�������������������
�
��� ������� ����
PCM – RT 25
� l = 750kg/m3
� s = 800kg/m3
4hmelt = 206kJ/kg
Tmelt = 23oC
���������� �����
�
� ������� : l = 100cm
������� ���W = 20cm�
� ��������������� ���4L = 20 – 80cm��
� ������� ���d = 1.0 – 2.0cm��
� ������ � ������v = 1m/s; 3m/s��
�
# ���!�)����*in – line�*������
SSS pn ���
��� ��� � ��������#�nN���
S
W
S
WN
nn ��
�
��� ���� � ���������#�pN��
S
L
S
LN
pp
��
��
�
!�
�"�
W
#�
�"�
���
���
141
������� � ���������#�N��
np NNN ���
���������� � ������������
�
#"# W = 20cm �d = 1.0cm S = 1.5d�
13)01.0(5.1
2.0�
��nN
�
)01.0(5.1 ��
�L
N p�
�� ��4L = 20; 40; 60; 80cm��
= 13, 26, 40, 53.pN
�
pn NNLN ��� )(
�
= 169, 338, 520, 689.)( LN ��
�
#"��W = 20cm �d = 2.0cm S = 1.5d�
6)02.0(5.1
2.0�
��nN
�
)02.0(5.1 ��
�L
N p
�� ��4L = 20; 40; 60; 80cm��
�
= 6, 13, 20, 26.pN
�
pn NNLN ��� )(
�
= 36, 78, 120, 156.)( LN ��
�
142
�&������'��LvsN ��
�
�
� ����������
ldNA ���� ,�
������ � �����������N�
� ������ ���d�
� ������ ��l��
l = 100cm���
�
�"#�d = 1.0cm �4L = 20; 40; 60; 80cm�
�
)0.1()01.0( ���� ,NA�
�
A(4L) = 5.309; 10.619; 16.336; 21.646m2
�
�"��d = 2.0cm �4L = 20; 40; 60; 80cm�
�
)0.1()02.0( ���� ,NA�
�
A(4L) = 2.262; 4.901; 7.54; 9.802m2
�
���&����!��LvsA ��
�
�
% ���������PCM���!��
lldNM �,
����� 2
4�
��� �� ����PCM�(�� l = 750kg/m3���
�� � ������ ���#�PCM��� �����
143
l = 100cm���
�
�
�
%"#�d = 1.0cm �4L = 20; 40; 60; 80cm�
)750()0.1()01.0(4
2 �����,
NM�
M(4L) = 9.955; 19.91; 30.631; 40.585kg
�
%"��d = 2.0cm �4L = 20; 40; 60; 80cm�
)750()0.1()02.0(4
2 �����,
NM�
�
M(4L) = 2.121; 4.595; 7.069; 9.189kg
�
���&����*��LvsM ��
�
� ����!�������� ������� ��������(h0)
�
������ �����Grimson��
3/1max0 Pr�$%
&'(
) ���
�n
duC
k
dh
��
��� �7.0Pr �����
dS
Suu
n
n
��� �max
�� ��in-line �dSS pn ��� 5.1��620.0;278.0 �� nC��
�
$%
&'(
)�
�� �
Km
W
d
uh
238.0
62.0
0 )(
)(2.12
�
�
144
� �������������� �� ����������� ������� �������PCM������������������ ��������������
����� �� � ���������� � ����������� ��� ��������� ����� ������������� �����������������
�
0hU 0�
�"# d = 1.0cm �u� = 1.0; 2.0; 3.0m/s��
�"��d = 2.0cm �u� = 1.0; 2.0; 3.0m/s
�
���&����"���uvsh0
�
�
�
& � �������!�����
cairair Aum ��� � ���
� ��������� ���������������airm��
� ������� � �������u�
�� �������������������cA�
�� � ������air��
22.0)0.1()2.0( mlWAc ������
�
��������������#PCM� ����� ���� ��������� ��� ������������� ������� ������� �������
��������� ������� ����
airpair cmCC )(min ��� ��
�
airC
AUNTU
��
�
�� ���&����� ����#�1�
NTUe���11�
�
145
23,
,,
�
��
ia
oaia
T
TT1
�
����� �����������NTU�
������ ��������iaT ,�
����������������� ��� �������oaT ,�
&"#�������� ��
�
� ���d = 1.0cm �4L = 20cm �u� = 3m/s��
'%���3/162.0
50 )7.0(
1057.1
)01.0()0.9(278.0
026.0
)01.0(�$%
&'(
)��
���
�
h
�
h0 5 140W/m2 K
�
!% )0.12.0()17.1()0.3( ����airm��
�
kg/s7.0�airm��
�
*% W/K71010107.0 0��airC�
�
"% )0.101.0()169( ���� ,A
A = 5.3m2�
�
-% 05.1710
3.51400
��NTU�
)% 05.11 ��� e1�
�
645.0�1�
�
146
.% 645.023,
,, ��
��
ia
oaia
T
TT1�
�
/% )( ,, iaoa TfT ��
�
/�'%�d = 1.0cm �u� = 1.0; 2.0; 3.0m/s�
�
/�!%�d = 2.0cm �u� = 1.0; 2.0; 3.0m/s�
�
���&����-�'��iaoa TvscmLT ,, )20( ����
���&����-�!��iaoa TvscmLT ,, )80( ���
�
'�� ���������
][)()( ,, WTTcmq oaiaairp ���� ��
�
)( ,iaTfq ��
�
'"#�d = 1.0cm �u� = 1.0; 2.0; 3.0m/s�
�
'"��d = 2.0cm �u� = 1.0; 2.0; 3.0m/s�
�
���&����)�'��iaTvscmLq ,)20( ���
�
���&����)�!��iaTvsLq ,)80( ���
�
(�� ��� ��������
�
melthMQ ����
�
147
� ���� �������melth��
)(NfQ ��
�
("#�d = 1.0cm�
�
("��d = 2.0cm�
�
���&����.��NvsQ
�
�
+������������� ��
q
Qt ��
�
t�� ������ ���][hr��
][3600
1hr
q
Qt ���
�
�
)( ,iaTft ���
�
+"#�d = 1.0cm �u� = 1m/s�
�
+"��d = 2.0cm �u� = 1m/s�
�
���&����/��iaTvst ,��
�
,����� ���������
�
�������� ��� �� ����� �������4m×4m×2.5m���������
�
148
2405.244 mV �44��
�
������������������ ��� �����$0�t�%35oC������2 p.m.�
��� �������������������� �PCM ��������
�� ��l=1m�
�� ���W=20cm�
�� ���4L=80cm��
� ������ ���d=2cm�
� ������ �� ���������������� ���������#35oC��#25oC������ �Ta = 25oC�� ������
� ��� ��������������� ����
�
)2535()1010()17.1()40()( ���������� airproom TcVQ ��
�
][1073.4 5 JQroom 4��
�
,"#�����������������������35oC����2.00 p.m.����25oC�
�
�������� ��� �������������������������� ��25oC�� ���� ���� �1m/s�� ��421W���
��������� ����������������� ��� ���� ���� ���������������(�qin���
� ���������� ��� ������������ �����������������������u6 = 3m/s���
����������� ������������� ����
� � outinairroomp qqTcV
dt
d����� �
�
����qout�( ���������������
� � � � )( ,oaairpinairp TTcmqdt
dTcV �����$%
&'(
) ��� ���
�� ������� �����
]/[710)1010()7.0()( 0CWcmC airpair 0���� ��
����� �����������
149
5.1710
)8.9()6.106(0 ��
��
�airC
AhNTU�
� ���&����� ������
771.011 5.1 ����� �� ee NTU1�
�
)1()23()()23(23 ,
, NTUoa
oa eTTTTT
TT ���������5�
�� 11
�
�
� � � �- .231)( ��������� � TeCqdt
dTcV NTU
airinairp��
� � � �- . � �airp
NTUairin cV
dt
TeCq
dT
���
����� � �231�
� ��������� ������
�
421�� inqa�
� � 64.5461 ���� �NTUair eCb�
� � 47268����airpcVd ��
23�� T��
�
���
� �� ����
�
��
0 0
1 t
dtdba
d
�����������������������- . d
dt
ba
d�
�� ��
�
�� ��������� �����
� �- . Ctd
bab
��������
���
��1
ln1
��
�
��������(t = 0)������������Ti = 35oC�����7i = Ti – 23���
�
� �- .ibab
C ������
���
��� ln1
�
150
������� ���
� � � �� � ��
���
���
���$%
&'(
)�������$%
&'(
)���
��ba
ba
b
dbaba
b
dt i
i lnlnln�
�
����T = 25oC��
][1902.191)2325()64.546(421
)2335()64.546(421ln
64.546
47268st 0���
�
����
�
������
�$%
&'(
)��
�
��������� �������� ������ ��������min2.30�t��
�
�
,"�������������������������� ���!�������
�
��������������� ����������25oC��� ������� ���������������#�1m/s��������������� �
421W������������������� ����
��� ������PCM��������
)156()0.1()02.0(44
22 ���������,
�,
NldM�
�
M = 36.757kg
�� ��� �����
)206000()757.36( ����� meltstore hMQ�
Qstore = 7572kJ�
�
�������������� ���������#25oC� �����������
roomstore QQQ ���
�
)1073.4()1057.7( 56 4�4�Q�
151
Q = 7097kJ
�
�� ��� �����������������������25oC�����8�
q
Qt ��
�
���������������� ���q��
�
]/[3.236)()( 0CWcAucmC airpcairpair ������� � ���
� ������������
][8.9)0.1()02.0()156( 2mldNA ��������� ,,�
����� �����������
21.2)3.236(
)8.9()4.53(0 ��
��
�airC
AhNTU
�
� ���&����� ������
89.011 )21.2()( ����� �� ee NTU1�
�������������� ��� �������
][2.23)2325()89.0()25()23( 0,,, CTTT iaiaoa ��������� 1�
���������� ����
][421)22.2325()34.236()( ,, WTTCq oaiaair 0�������
�� �����������������
][57.3)3600()421(
)10097,7( 3
.. hrt ss ��4
��
������������� �������5.34 p.m.��
�
�
152
#� ��� �������
�
l=1 m
�-� #
.L [cm] d=1.0 cm d=2.0 cm
20 169 36
N 40 338 78
60 520 120
80 689 156
�-� �
.L [cm] d=1.0 cm d=2.0 cm
20 5.3 2.3
A [2m] 40 10.6 4.9
60 16.3 7.5
80 21.6 9.8
�-� %
.L [cm] d=1.0 cm d=2.0 cm
20 10.0 8.5
M [kg] 40 19.9 18.4
60 30.6 28.3
80 40.6 36.8
�-� �
�u [m/s] d=1.0 cm d=2.0 cm
0h 1 70.2 53.9
[CmW 02/ �] 2 107.9 82.9 3 138.7 106.6
.L=20cm
�u [m/s] d=1.0 cm
d=2.0 cm
A [2m] 5.3 2.3
1 0.2 0.2
m� [kg/s] 2 0.5 0.5
3 0.7 0.7
1 236.3 236.3 C
[W/C0] 2 472.7 472.7
3 709.0 709.0
1 1.6 0.5
NTU 2 1.2 0.4
3 1.0 0.3
1 0.79 0.41
. 2 0.70 0.33
3 0.65 0.29
.L=80 cm �u [m/s]
d=1.0 cm
d=2.0 cm
A [2m] 21.6 9.8
1 0.2 0.2
m� [kg/s] 2 0.5 0.5
3 0.7 0.7
1 236.3 236.3 C
[W/C0] 2 472.7 472.7
3 709.0 709.0
1 6.4 2.2
NTU 2 4.9 1.7
3 4.2 1.5
1 0.998 0.893
. 2 0.993 0.821
3 0.985 0.771
15
3
�-�
&"#
9
L=
20
cm
�u [m/s
]
Ta,
i [C
]
d=1.
0 cm
d=2.
0 cm
23.5
23
.1
23.3
24 23
.2
23.6
24.5
23
.3
23.9
25 23
.4
24.2
1
26 23
.6
24.8
27 23
.8
25.4
28 24
.1
26.0
30 24
.5
27.1
23.5
23
.2
23.3
24 23
.3
23.7
24.5
23
.5
24.0
25 23
.6
24.3
T
a,o
[C]
2
26 23
.9
25.0
27 24
.2
25.7
28 24
.5
26.4
30 25
.1
27.7
23.5
23
.2
23.4
24 23
.4
23.7
24.5
23
.5
24.1
25 23
.7
24.4
3
26 24
.1
25.1
27 24
.4
25.8
28 24
.8
26.6
30 25
.5
28.0
�-�
&"�
9
L=
80
cm
�u [m/s
]
Ta,
i [C
]
d=1.
0 cm
d=2.
0 cm
23
.5
23.0
23
.1
24
23.0
23
.1
24
.5
23.0
23
.2
25
23.0
23
.2
1 26
23.0
23
.3
27
23.0
23
.4
28
23.0
23
.5
30
23.0
23
.7
23
.5
23.0
23
.1
24
23.0
23
.2
24
.5
23.0
23
.3
25
23.0
23
.4
2 26
23.0
23
.5
27
23.0
23
.7
28
23.0
23
.9
30
23.0
24
.3
23
.5
23.0
23
.1
24
23.0
23
.2
24
.5
23.0
23
.3
25
23.0
23
.5
3 26
23.0
23
.7
27
23.1
23
.9
28
23.1
24
.1
30
23.1
24
.6
�-�
'"#
9
L=
20
cm
�u [m/s
]
Ta,
i [C
]
d=1.
0 cm
d=2.
0 cm
23.5
93
.3
48.4
24 18
6.7
96
.9
24.5
28
0.0
14
5.3
25 37
3.4
19
3.8
1
26 56
0.0
29
0.6
27 74
6.7
38
7.5
28 93
3.4
48
4.4
30 13
06.7
67
8.2
23.5
16
5.4
78
.0
24 33
0.9
15
6.0
24.5
49
6.3
23
4.0
25 66
1.8
31
2.0
q [W
]
2 26
992.
7
468.
0
27 13
23.6
62
4.0
28 16
54.5
78
0.0
30 23
16.2
10
91.9
23.5
23
0.4
10
2.8
24 46
0.8
20
5.6
24.5
69
1.3
30
8.4
25 92
1.7
41
1.2
3
26 13
82.6
61
6.8
27 18
43.4
82
2.4
28 23
04.3
10
28.1
30 32
26.0
14
39.3
�-�
'"�
9
L=
/0
cm
�u [m/s
]
Ta,
i [C
]
d=1.
0 cm
d=2.
0 cm
23
.5
117.
9
105.
5
24
235.
8
211.
0
24
.5
353.
7
316.
5
25
471.
7
422.
0
1 26
707.
5
633.
0
27
943.
3
844.
1
28
1179
.1
1055
.1
30
1650
.8
1477
.1
23
.5
234.
7
194.
0
24
469.
4
388.
1
24
.5
704.
1
582.
1
25
938.
8
776.
2
2 26
1408
.2
1164
.3
27
1877
.6
1552
.3
28
2347
.0
1940
.4
30
3285
.7
2716
.6
23
.5
349.
2
273.
3
24
698.
4
546.
6
24
.5
1047
.5
820.
0
25
1396
.7
1093
.3
3 26
2095
.1
1639
.9
27
2793
.5
2186
.6
28
3491
.8
2733
.2
30
4888
.6
3826
.5
154
�-� + 9L=20 cm
Ta,i [C] d=1.0 cm d=2.0 cm
23.5 6.1 10.0
24 3.1 5.0
24.5 2.0 3.3
.t [hr ] 25 1.5 2.5
26 1.0 1.7
27 0.8 1.3
28 0.6 1.0
30 0.4 0.7
�-� ( 9L=20 cm
N d=1.0 cm d=2.0 cm
36 1.75E+06
78 3.79E+06
120 5.82E+06
Q [J] 156 7.57E+06
169 2.05E+06
338 4.10E+06
520 6.31E+06
689 8.36E+06
155
���
169
338
689
520
156
120
78
360
100
200
300
400
500
600
700
20 30 40 50 60 70 80
delta L, cm������� � ����������������
N���������� � ����������
d=1.0cm N
d=2.0cm N
��
���
5.3
10.6
16.3
21.6
2.3
4.97.5
9.8
0.0
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
20 30 40 50 60 70 80
delta L, cm � � ����������������
A[m
^2����� ����������
d=1.0 cm
d=2.0 cm
l =1
�
�
�
156
���
10.0
19.9
30.6
40.6
8.5
18.4
28.3
36.8
5.0
10.0
15.0
20.0
25.0
30.0
35.0
40.0
45.0
20 30 40 50 60 70 80
delta L, cm��� � ����������������
M, k
g���� � �����P
CM��� ������
d=1.0cm
d=2.0cm
l =1 m
��
���
70.2
107.9
138.7
53.9
82.9
106.6
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
110.0
120.0
130.0
140.0
1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3
u(inf), m/s����������� ����
h0,
W/m
^2K���� �������� ��
d=1.0cm
d=2.0cm
�
�
�
�
�
�
�
�
�
157
!����
23.0
23.5
24.0
24.5
25.0
25.5
26.0
26.5
27.0
27.5
28.0
23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5 28 28.5 29 29.5 30
Tai, C��� ����� �����
Tao
, C���������"������� "���� �����
d=1.0 cm;u(inf)=1 m/sd=1.0 cm;u(inf)=2 m/sd=1.0 cm;u(inf)=3 m/sd=2.0 cm;u(inf)=1 m/sd=2.0 cm;u(inf)=2 m/s
del L=20cm; l =1m
��
5.2��
23.0
23.2
23.4
23.6
23.8
24.0
24.2
24.4
24.6
23.5 24.5 25.5 26.5 27.5 28.5 29.5
Tai, C��� ����� �����
Tao
, C�����������"������� "���� �����
d=1.0 cm; u(inf)=1 m/s
d=1.0 cm; u(inf)=2 m/s
d=1.0 cm; u(inf)=3 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=1 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=2 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=3 m/s
del L=80
�
158
#����
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
3500.0
23.5 24.5 25.5 26.5 27.5 28.5 29.5
Tai, C��� ����� �����
q, W
�����������d=1.0 cm; u(inf)=1 m/s
d=1.0 cm; u(inf)=2 m/s
d=1.0 cm; u(inf)=3 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=1 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=2 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=3 m/s
del L=20 cm l =1 m
��
�
�
#����
0.0
500.0
1000.0
1500.0
2000.0
2500.0
3000.0
3500.0
4000.0
4500.0
5000.0
23.5 24.5 25.5 26.5 27.5 28.5 29.5
Tai, C��� ����� �����
q, W�����������d=1.0 cm; u(inf)=1 m/s
d=1.0 cm; u(inf)=2 m/s
d=1.0 cm; u(inf)=3 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=1 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=2 m/s
d=2.0 cm; u(inf)=3 m/s
del L=80
�
159
-$��-
169
338
520
36
78
120
689
156
1.00E+06
2.00E+06
3.00E+06
4.00E+06
5.00E+06
6.00E+06
7.00E+06
8.00E+06
9.00E+06
30 80 130 180 230 280 330 380 430 480 530 580 630 680
N��������� � ���������
Q, J��� "��� ���� ���
d=1.0 cm
d=2.0 cm
l =1 m
�
-%��-
6.1
3.1
2.01.5
1.00.8 0.6 0.4
10.0
5.0
3.3
2.5
1.71.3 1.0
0.7
0.0
2.0
4.0
6.0
8.0
10.0
12.0
23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5 28 28.5 29 29.5 30
Tai, C��� ����� �����
del
t, h
r��������� ������
d=1.0 cm;u(inf)=1 m/sd=2.0 cm;u(inf)=1 m/s
��
�
�
160
����������!����������������������
�
�
$����������������� �� ��� ������'� �������A�%�
161
�
Abstract
In this work a numerical study of cooling process in a real-size room
(4m×4m×2.5m), which is under temperature conditions typical for desert region in
summer, was carried out. Cooling was provided by units containing a phase change
material (PCM).
Two mechanisms of cooling have been investigated: free and forced convection.
Attention has been paid to the choice of optimum locations of heat storage units and
shape of cooling elements.
First, cooling by free convection and thermal radiation has been investigated. For
this purpose the following steps have been done: numerical modeling of the cooling
process in a small-scale model by means of heat storage units of various shape and
location, and numerical modeling of the cooling process for a real-size room. In the latter
case, a 24 hour process reflecting the typical desert temperatures was considered.
The results show that the heat storage unit makes it possible to obtain thermal
comfort, but for the given set of boundary conditions, there was a significant difference
between the heat received during the day and the heat rejected at night. Therefore, the use
of free convection for cooling this structure in the given temperature conditions and
physical properties of the PCM does not allow to make the work of the heat storage unit
continuous.
In order to solve this problem, a portable conditioner is suggested which is based
on PCM and has a fan. The fan is identical to that applied in a usual conditioner with a
Freon cycle. Since cooling is provided by a PCM, energy consumption of such
conditioner is low.
A model of the conditioner with cooling elements of various shapes has been
investigated: vertical plates 20cm in height, vertical plates 80cm in height, horizontal and
vertical square tubes with in-line arrangement, and horizontal square tubes with staggered
arrangement.
Three dimensional transient simulations have been performed for the temperature
fields in the room and PCM, pressure and velocity fields of air, heat transfer rates and
rates of phase change in the PCM. The basic conservation equations of continuity,
162
momentum and energy were solved numerically by Fluent 5.5 software. The behavior of
the phase change material is given by means of the effective heat capacity (EHC) method
according to which the latent heat is substituted with the specific heat of the material as a
continuous function of the temperature.
In the calculations the following physical conditions were considered: a “hot”
case according to which the external temperatures on the ceiling, walls and floor were
high, and a “moderate” case, according to which the external temperatures on the ceiling,
walls and floor were lower.
The PCM which was modeled in the work is paraffin wax, which is non-toxic,
recyclable, chemically inert, does not cause corrosion and can withstand an unlimited
number of cycles. The melting temperature of the wax is about 22-24oC. Hence, in a
desert climate it can melt during daytime, while the nights are cool enough to make its
solidification possible.
The results are presented in the form of graphs for temperature evolution inside
the room and heat transfer rates. Also, temperature and velocity fields are given for
various time instants. The results show that effective cooling by the proposed unit is
feasible.
163
�BEN-GURION UNIVERSITY OF THE NEGEV�
FACULTY OF ENGINEERING SCIENCES DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING�
�����
COOLING OF STRUCTURES BY A PHASE-CHANGE MATERIAL (PCM) IN NATURAL AND FORCED CONVECTION
Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the M.Sc. Degree �
��
BY: Sergey MOZHEVELOV��
SUPERVISORS: Prof. Ruth LETAN� Dr. Gennady ZISKIND
���������
MARCH 2004�
164
�BEN-GURION UNIVERSITY OF THE NEGEV
FACULTY OF ENGINEERING SCIENCES DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING�
��
�����
COOLING OF STRUCTURES BY A PHASE-CHANGE MATERIAL (PCM) IN NATURAL AND FORCED CONVECTION
���
�Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for
the M.Sc. Degree ��
���
�
BY: Sergey MOZHEVELOV�
���
���
�
MARCH 2004�
top related