Parametric study of an ice-on-coil type thermal storage

Abstract

Diversas formas construtivas são empregadas na construção de armazenadores de calor latente. Em sistema de ar condicionado é muito comum o emprego de armazenadores do tipo gelo-sobre-serpentinas. Esses armazenadores apresentam algumas características próprias e são poucos os estudos encontrados na literatura sobre esse tipo de armazenador. A condução de calor axial no material de mudança de fase e no fluido de transferência de calor foi desprezada. A temperatura de entrada do FTC é considerada constante. O acoplamento do problema de mudança de fase com a transferência de calor para o FTC é obtido fazendo-se um balanço de energia em um elemento do fluido. O coeficiente convectivo do FTC é calculado através de fórmulas que aproximam resultados numéricos para fluxo em tubos curvos. A convecção natural no MMF é desprezada. O modelo numérico é obtido através da formulação por diferenças finitas com esquema de três-niveis-tempo para o incremento de tempo. No modelo bidimensionalo coeficiente convectivo é função da direção periférica. No modelo unidimensionala parede da serpentina é substituída por uma resistência equivalente e o coeficiente convectivo é constante na direção periférica. O modelo foi considerado bom para simular o processo de carregamento do armazenador. Os resultados mostram a influência da condutividade da parede, número de Biot, natureza do FTC, temperatura de entrada do FTC, e parâmetros próprios desse tipo de armazenador como o número de Nusselt médio axial e o número de Nusselt periférico. Os resultados desse trabalho são importantes porque mesmo não solucionando totalmente o problema devido a sua complexidade fornece as informações necessárias para que soluções numéricas e analíticas mais simples sejam aplicadas com bons resultadosSeveral constructive form are used to build latent heat storages. In air conditioning systems, the use of ice-on-coil type storage is very common. These storages have some particular characteristics and few studies are found in literature on this type of storages. Heat conduction parallel to the tube axes and the effects ofaxial changes in the temperature of the heat transfer fluid (HTF) was neglected. The HFT input temperature is considered constant. The coupling of the problem of phase change with heat transfer to the HFT is achieved by performing an energy balance in a fluid elemento The HFT convective coefficient is calculated by formulas which approximate the numerical results for flow in curved pipes. Natural convection in PCM is neglected. The numerical model is obtained by the formulation by finite-differences with a three-time-Ievel scheme for the time increment. In the two-dimensional model, the convective coefficient is a function of the peripheral coordinate. In the one-dimensional model, the coil wall is replaced by an equivalent thermal resistance and the convective coefficient is constant in the peripheral direction. The model was considered adequate to simulate the charging period of the storage. The results show the influence of the conductivity of the wall, Biot number, nature of HFT, input temperature of HFT, and specific parameters of this type of storage with the mean axial Nusselt number and the peripheral Nusselt number. The results of this work are important because, although they do not solve the problem thoroughly due to its complexity, they provide the information required for simpler numeric and analytical solutions can be applied with good result