Two-dimensional modeling and simulation of a conceptual barocaloric regenerator with polydimethylsiloxane rubber in a tube bank matrix design
Modelagem e simulação bidimensional de um regenerador barocalórico conceitual com borracha de polidimetilsiloxano em um design de matriz de banco de tubos
Autores:
Eliana Carla Dada
Emilly Ramos Freitas da Silva*
Flávio Clareth Colman**
Gabriel Lucas Foleis
Juliano Henrique Foleis
Júlio Cesar Dainezi de Oliveira
Nicholas Dicati Pereira da Silva
William Imamura
* Bolsista NAPI-EZC
** Pesquisador do NAPI-EZC
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Received:
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Accepted: 28 de Maio de 2024
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Published:
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DOI: https://doi.org/10.1007/s00339-024-07637-x
Abstract
One approach to address climate change is to replace vapor cooling systems with less harmful technologies. Solid-state refrigeration shows promise because it virtually eliminates the use of greenhouse gases. This paper proposes a concept for a barocaloric regenerator tube bank setup using a solid-state refrigerant, specifically encapsulated pure polydimethylsiloxane rubber. We presented the geometric requirements, operating parameters, and thermal performance of this setup. Given the complexity of simulating the full caloric process, we employed a simple two-dimensional finite element analysis to study the transient thermal and fluid phenomena. We discussed the temperature gradient of the active barocaloric matrix over time in the regenerator. For an isostatic pressure of 130 MPa, the best coefficient of performance for refrigeration achieved was 4.7 using a five-tube arrangement.
Resumo
Uma abordagem para combater a mudança climática é substituir os sistemas de resfriamento a vapor por tecnologias menos nocivas. A refrigeração em estado sólido mostra-se promissora porque praticamente elimina o uso de gases de efeito estufa. Este artigo propõe um conceito de um banco de tubos regeneradores barocalóricos utilizando um refrigerante em estado sólido, especificamente borracha de polidimetilsiloxano pura encapsulada. Apresentamos os requisitos geométricos, parâmetros operacionais e desempenho térmico dessa configuração. Dada a complexidade de simular todo o processo calórico, empregamos uma simples análise bidimensional de elementos finitos para estudar os fenômenos térmicos e fluidos transitórios. Discutimos o gradiente de temperatura da matriz barocalórica ativa ao longo do tempo no regenerador. Para uma pressão isostática de 130 MPa, o melhor coeficiente de desempenho para refrigeração alcançado foi de 4,7 utilizando uma disposição de cinco tubos.
Essa pesquisa
contribui para as seguintes ODS:
