Experimental Study on Inward Melting of Phase Change Material in Inclined Circular Tube

경사진 원통형 용기내에서 상변화 물질의 내향 용융에 관한 실험적 연구

In the present investigation, experimental analysis was performed to research heat transfer phenomena generated by means of conduction and natural convection at a succession of tube-inclimations relative to the vertical tube during inward melting process of a phase change material. The phase change material used in the experiments is 99 percent pure n-docosane paraffin($C_{22}H_{46}$). When the tube is vertical, the dominant mode of energy transfer between the tube wall and the melting interface is natural convection. On the other hand, when the tube is inclined to the vertical, the melting solid is brought into direct contact with the tube wall by the action of gravity. In the experimental results, direct contact gave rise to substantial enhancements in the amount of melted mass, relative to those for natural-convection-dominated melting.

온도가 일정한 외벽을 열원으로 하는 수직 원통형 용기내에 채워진 물질(PCM)의 내향용융 과정에서 용기의 경사각의 변화에 따른 상변화 물질 내의 온도 분포, 용융율, 용융 에너지 등을 실험적으로 연구, 분석하였다. 상변화 물질로는 용융점 온도가 $42.5^{\circ}C$인 n-docosane paraffin($C_{22}H_{46}$)을 사용하였다. 수직 원통형 용기내에서 PCM 용융의 열전달 기구는 자연 대류에 의한 용융이 지배적인 반면 경사진 용기 내에서 용융은 자연 대류 및 고상 PCM과 용기 벽면의 직접 접촉에 의한 조합된 열전달 현상으로 나타났으며, 경사진 용기 내에서 파라핀의 용융율 및 용융에너지는 동일 온도 조건에서 수직 원통형 용기에서 보다 높은 값을 나타내었다.