Numerical study of melting of a paraffin wax as PCM. Energy stored and melt fraction

¹ LETTM, Department of Physics, Faculty of Science, 1060 Tunis, Tunisia
dhekratouzri@gmail.com
² IUSTI, UMR CNRS 7343, Technopole de Château Gombert, Marseille, France

Received: 26 January 2014
Accepted: 18 June 2014

Abstract

In the present work, we investigate the melting process of phase-change material (PCM) such as paraffin wax. The study is carried out by an illustrative numerical exercise using an enthalpy-porosity method for modeling the melting process. The isotherms and the liquid-solid interface of the melting process, the impact of the hot temperature, the effect of the aspect ratio and of the inclination of the heating surfaces of a square cavity, the stored energy, and the melt fraction are studied and analyzed at different stages. The results showed that the energy was amplified with the increase in the temperature gap. The degree of the influence of convection was also increased by decreasing the aspect ratio. Finally, the melting fusion and the stored energy are better for vertical wall heating than for horizontal bottom wall heating.

Résumé

Le paraffine est un matériau à changement de phase qui peut l’intégrer dans les éléments de construction des bâtiments soit en forme solide (granulats), soit encapsuler dans des capsules (de différents formes) ou par une immersion direct de matrice de construction (béton) dans le matériau à changement de phase qui est en forme liquide. En effet ce travail est une caractérisation de paraffine lors de sa fusion, l’effet de la température chaude, de la dimension de la cavité et de l’orientation de la cavité est étudié par une simulation numérique (en utilisant un logiciel commercial “FLUENT”). Les résultats montrent quel’énergie augmente avec l’augmentation de l’écart de la température et plus précisément avec l’augmentation de l’écart entre la température de la fusion du MCP et la température du mur chaud. De plus, l’effet du rapport de forme est analysé. Il est évident que le degré de l’influence de la convection augmente en diminuant le rapport de forme. Enfin, l’orientation de la cavité est étudiée. En effet, on a montré que la fraction liquide et l’énergie stockée sont plus importantes pour le chauffage de la paroi verticale qu’horizontale.