Abstract

 Login News Aims & Scope Archive Articles in Press Coming Issue Current Issue Full Text Indexing Introduction F.A.Q. Links Online Submission People Search

IJE TRANSACTIONS B: Applications Vol. 31, No. 5 (May 2018) 799-804

 AN ALGORITHM BASED ON PREDICTING THE INTERFACE IN PHASE CHANGE MATERIALS A. M. Jadidi and M. Jadidi

( Received: May 29, 2017 – Accepted in Revised Form: March 08, 2018 )

 Abstract    Phase change materials are substances that absorb and release thermal energy during the process of melting and freezing. This characteristic makes phase change material (PCM) a favourite choice to integrate it in buildings. Stephan problem including melting and solidification in PMC materials is an practical problem in many engineering processes. The position of the moving boundary, its velocity and the temperature distribution within the domain are important for these applications. Well known numerical techniques have difficulties with time-dependent boundary conditions. Therefore, fine mesh and small time steps are needed to obtain accurate solutions. There are two main approaches to solve the Stefan problem: front-tacking and variable grid method. The most existing methods are not applicable to all situations and they cannot be easily implemeted in two-dimensional or three-dimensional geometries and all boundary conditions. In this paper, we proposed an algorithm to solve one-dimensional Stefan problem in all kind of boundary condition; also it can be easily extended for 2D and 3D Stephan problems using finite difference method. For validation, the results are compared with exact solution of constant boundary condition. Afterward, periodic boundary condition is considered. The results showed significant relationship between numerical and exact solution, and the maximum error was approximately 0.4%.

 Keywords    Phase Change Material, Numerical Simulation, Finite Difference, Stephan Problem

 چکیده    مواد تغییر فاز دهنده موادی هستند که انرژی گرمایی را در طی پروسه های ذوب شدن و انجماد آزاد می­کنند. این مشخصه این مواد را به یک انتخاب مطلوب در کاربردهای ساختمانی تبدیل می­کند. مساله استفان که شامل فرآیند ذوب و انجماد در مواد تغییر فاز دهنده می­باشد، یک مساله کاربردی در بسیاری از کاربردهای مهندسی است. مکان مرز متحرک، سرعت آن و توزیع دما در دامنه حل در کاربردهای این مواد اهمیت دارد. تکنیهای عددی شناخته شده مشکلاتی در مسایل مرز متحرک وابسته به زمان دارند. بنابراین چنین مسایلی برای داشتن حلی دقیق نیاز به شبکه ریز و گامهای زمانی کوتاه دارند. دو روش عمده برای حل مساله استفان موجود است. یک روش، روش ردیابی لبه و دیگری روش شبکه متغیر می­باشد. اکثر روشهایی که در این حوزه بکار می­روند جامع نیستند و به آسانی نمی­توان از آنها در همه شرایط مرزی و مسایل دوبعدی یا سه بعدی استفاده کرد. در این مقاله یک الگوریتم برای حل مساله یک بعدی استفان که برای همه شروط مرزی قابل اجرا می باشد، ارائه شده است که به آسانی قابلیت تعمیم برای مسایل 2بعدی و 3بعدی را با استفاده از روش تفاضل محدود دارد. برای صحت سنجی، نتایج حاصله با حل دقیق در شرط مرزی دما ثابت مقایسه شده اند و سپس شرط مرزی پریودیک مورد توجه قرار گرفته است. نتایج حاکی از آن است که تطابق بسیار خوبی مابین نتایج حل عددی و حل دقیق وجود دارد و ماکزیمم خطا تقریبا 0.4% می­باشد.

International Journal of Engineering
E-mail: office@ije.ir
Web Site: http://www.ije.ir