OPÓR CIEPLNY WARSTWY PRZEJŚCIOWEJ W PROCESIE KRZEPNIĘCIA

Opór przepływu ciepła przez warstwę przejściową, występującą na granicy różnych stykających się ze sobą faz wymieniających ciepło, jest zjawiskiem często spotykanym w technice i przyrodzie.
[…] Materiały PCM są przeważnie złymi przewodnikami ciepła i dlatego strumienie przepływającego ciepła z akumulatora do otoczenia nie są wysokie. Duży opór cieplny warstwy przejściowej w trakcie przemiany fazowej powoduje, że niezbędne jest względne zwiększania powierzchni przepływu ciepła, zależnie od geometrii układu faz podlegającej przemianie. Dlatego w niniejszej pracy rozważany jest wpływ geometrii zewnętrznej materiałów PCM na proces przepływu ciepła. Drugą istotną przyczyną hamującą przepływ ciepła jest sama warstwa przejściowa, która powstaje na granicy między krzepnącą cieczą a zimną ścianką. Analiza wpływu oporu cieplnego tej warstwy na przepływ ciepła między ścianką a cieczą stanowi główny przedmiot rozważań niniejszej pracy.
[…] Praca składa się z sześciu rozdziałów i podsumowania. W rozdziale pierwszym omawiany jest ogólny model krzepnięcia cieczy z uwzględnieniem występującej warstwy przejściowej między ścianką a krzepnącą cieczą. Sformułowane są równania zachowania dotyczące zjawisk przepływu cieczy i ciepła, które poddane są odpowiedniej interpretacji fizycznej. Przedstawione są możliwe sposoby rozwiązywania tych równań. W rozdziale drugim i trzecim omówione są przykłady zjawiska krzepnięcia ciekłych materiałów PCM, przy czym w rozdziale drugim skupiono się na zjawisku krzepnięcia przepływającej cieczy będącej w kontakcie z zimną płytą. Omówiono tu przykłady krzepnięcia, zarówno dla cieczy przegrzanych, jak i nieprzegrzanych, znajdujących się w przestrzeniach zamkniętych o płaskich kształtach. W rozdziale trzecim skoncentrowano się na krzepnięciu cieczy zamkniętych w pierścieniowych przestrzeniach walcowych. Krzepnięcie dynamiczne cieczy wypełniającej kanał chłodzący przedstawiono w rozdziale czwartym pracy. Rozdział piąty jest poświęcony badaniom wpływu oporu cieplnego warstwy kontaktu na proces krzepnięcia. W rozdziale szóstym przedstawiono koncepcję akumulatora fazowego.
Niniejsza praca adresowana jest do naukowca-badacza, inżyniera energetyka czy też mechanika interesującego się zjawiskiem przepływu ciepła towarzyszącego przemianom fazowym oraz określeniem dynamiki krzepnięcia cieczy, czyli procesem rozwoju warstwy zakrzepłej i zależnością rozkładu temperatury i generowanego strumienia ciepła od czasu. Istotnym parametrem, oprócz ilości pochłanianego lub uwalnianego ciepła w trakcie przemiany fazowej, jest moc cieplna, która w prosty sposób zależy od wielkości powierzchni zewnętrznej materiału PCM oddającego lub pobierającego ciepło. W pracy przedstawiono podstawowe i przydatne w praktycznych zadaniach projektowych równania opisujące omawiane procesy transformacji energii.

Spis treści:
Wyka ważniejszych oznaczeń
Wstęp
1. Model krzepnięcia cieczy z uwzględnieniem warstwy przejściowej
1.1. Magazynowanie ciepła oparte na zjawisku krzepnięcia
1.2. Kryteria wyboru konstrukcji akumulatora
1.3. Geometria zewnętrzna materiału PCM
1.4. Równania opisujące proces krzepnięcia
2. Krzepnięcie w przestrzeni płaskiej
2.1. Krzepnięcie nieruchomej warstwy cieczy
2.2. Konwekcja wymuszona
2.2.1. Wpływ warstwy przyściennej na proces krzepnięcia
2.2.2. Krzepnięcie w kontakcie z płytą o zmiennej temperaturze
2.3. Konwekcja swobodna
2.3.1. Quasi-stacjonarna konwekcja swobodna w pionowym kanale płaskim
2.3.2. Quasi-stacjonarna konwekcja swobodna w poziomym kanale płaskim
2.3.3. Uproszczony model konwekcji swobodnej z krzepnięciem
2.3.3.1. Krzepnięcie w kanale o stałej temperaturze ścianki zewnętrznej
2.3.3.2. Krzepnięcie w kanale przy chłodzeniu zewnętrznym konwekcyjnym
3. Krzepnięcie w przestrzeni pierścieniowej
3.1. Krzepnięcie cieczy nieprzegrzanej
3.2. Krzepnięcie w cieczy przegrzanej
3.2.1. Postawienie i rozwiązanie teoretyczne problemu
3.2.2. Początek procesu krzepnięcia – rozwiązanie asymptotyczne
3.3. Badania eksperymentalne cieczy przegrzanej
3.3.1. Aparatura badawcza
3.3.2. Przebieg eksperymentu
3.3.3. Wyniki badań i dyskusja
3.3.4. Wnioski z badań krzepnięcia cieczy przegrzanej
4. Krzepnięcie cieczy wpływającej do kanału
4.1. Analiza ogólna
4.2. Krzepnięcie nieprzegrzanej cieczy wpływającej do kanału o ściankach słabo przewodzących ciepło
4.3. Krzepnięcie nieprzegrzanej cieczy wpływającej do kanału o ściankach dobrze przewodzących ciepło
5. Warstwa kontaktu w procesie krzepnięcia
5.1. Badania oporu cieplnego warstwy kontaktu w procesie krzepnięcia w świetle badań
5.2. Opór cieplny warstwy kontaktu na płycie
5.3. Opór cieplny warstwy kontaktu na walcu
6. Fazowy akumulator ciepła
6.1. Wybrany przegląd urządzeń stosowanych do akumulacji ciepła
6.2. Współpraca akumulatora ciepła z pompą ciepła
6.3. Przykładowe obliczenia
Podsumowanie
Bibliografia
Załącznik
Streszczenie