Получение энергии, используя области с различной температурой фазового перехода

Abstract

This article describes a numerical study of the temperature waves in rectangular, cylindrical and spherical areas. This work discusses the areas, in which the phase transition between the liquid and solid phases is possible, and the coefficients of thermal conductivity are significantly different for the liquid and solid phases. Time-periodic boundary conditions have been applied for all problems. Algorithm CONDUCT and enthalpy method are used for numerical solution of the problem. Phase transition has the effect on temperature inside area. After a large number of periods of the initial conditions will not affect the value of the temperature, and the temperature will have the same period as the temperature at the boundary, and the amplitude will decrease with depth. The points, which are far away from the boundary, have a constant temperature lower than the average for the period of temperature on the boundary. We found the dependence of temperature in the center of the areas of the phase transition temperature for different values of the latent heat of fusion. Combining the two plates, two cylinders, two spheres with different phase transition temperatures, we obtained a non-zero average heat flow for the period. Combining this with thermoelectric effect we received an energy source.

В этой статье показано численное исследование температурных волн в прямоугольной, цилиндрической и сферической областях. В данной работе рассматриваются области, в которых возможен фазовый переход между жидким и твердым агрегатным состоянием; коэффициент теплопроводности существенно различается для жидкой и твердой фазы. Для всех областей на границе заданы одинаковые периодические во времени граничные условия. Для численного решения задачи использовался алгоритм CONDUCT с использованием метода энтальпии. Наличие фазового перехода оказывает существенное влияние на распределение температуры внутри области. Было получено, что в момент времени, который находится достаточно далеко от начального момента времени, температура в точке никак не зависит от начального распределения температуры в начальный момент, а температура в любой точке внутри области будет изменяться с тем же периодом, что и температура на границе, а амплитуда колебания будет тем меньше, чем глубже внутри области будет находиться точка. В точках, находящихся далеко от границы области, будет поддерживаться постоянная температура – меньшая, чем средняя за период температура на границе области. Также была установлена зависимость постоянной температуры в центре рассматриваемых областей от температуры фазового перехода для различных значений скрытой теплоты плавления. Если соединить центры двух пластин, двух цилиндров, двух сфер с различными температурами фазового перехода, получим отличный от нуля средний тепловой поток за период. Объединяя это явление с эффектом Зеебека, мы получили схему источника энергии, основанного на термоэлектрическом эффекте.