Heat Transfer in Heat Storage System with P.C.M. -Experimental and Numerical Investigation during Inward Melting in a Vertical Tube-

상변화 물질을 사용한 축열조에서의 열전달 -수직원관내에서의 내향용융실험 및 수치해석-

In the present investigation, experiments and numerical analysis during melting process of a phase change material were performed to research heat transfer phenomena generated by means of conduction and natural convection in the vertical tube at inward melting. The phase change material used in the experiments is 99 percent pure n-Docosane paraffin($C_{22}H_{46}$). In the results, it is found that the velocity of phase change interface at the top of tube is faster than at the bottom of tube because of the effect of natural convection, and the distribution of velocity at the liquid region is little affected by the initial temperature of phase change material. The velocity of phase change interface is slower as the initial temperature of phase change material is lower, and the effect of natural convection is larger as the aspect ratio of tube is larger. In tendency of heat transfer phenomena, the experimental results were well corresponded with numerical results. But there were a little disagrements between the results of experiment and numerical analysis because of the assumption of the constant volumetric expansion coefficient in numerical analysis.

온도가 일정한 외벽을 열원으로 하는 수직원통형 축열조 내에 채워진 상변화물질의 내향용융 과정에서 자연대류에 의한 열전달현상을 유한차분법을 이용하여 수치해석하였고, 그 결과를 실험을 통하여 검증하였다. 상변화물질로는 용융점온포가 $42.5%^{\circ}C$ n-docosane paraffin($C_{22}H_{46}$)을 사용하였다. 본 연구 결과에서 상변화물질의 용융속도는 액상영역의 자연대류로 인하여 축열조 상부로 갈수록 빠른 것으로 나타났다. 그리고 상변화물질의 초기온도는 액상영역 속도분포에 큰 영향을 주지 않으며, 상변화물질의 초기온도가 낮을수록 용융속도는 늦어지고 축열조의 형상비($H/r_w$)가 커질수록 자연대류는 활발해지는 것으로 나타났다. 이러한 수치해석의 결과는 실험 결과와 잘 일치하였으나, 수치해석시 상변화물질의 용융에 따르는 체적팽창을 고려하지 않았기 때문에 용융이 진행 됨에 따라 오차가 발생하였다.