بررسی عددی جریان رفت و برگشتی در خنک‌کن پوسته و لوله‌ای موتور استرلینگ گاما

Abstract

یکی از مهم ترین مشخصه های جریان در مبدل های حرارتی موتور استرلینگ، نوسانی بودن جریان است. در این تحقیق جریان رفت و برگشتی در خنک کن موتور استرلینگ به صورت عددی مورد بررسی قرار گرفته است. حل عددی بر اساس روش حجم محدود و الگوریتم فشار مبنا در کد تجاری نرم افزار فلوئنت انجام شده است. مبدل حرارتی از نوع پوسته و لوله، مایع-گاز است. سیال عامل به صورت گاز، در داخل لوله ها و سیال خنک کننده، آب در اطراف لوله ها در جریان است. ضریب انتقال حرارت، اختلاف دمای سیال عامل و دیواره، عدد ناسلت و ضریب اصطکاک در فشار کاری و فرکانس نوسان متفاوت برای سه سیال هلیم، کربن دی اکسید و نیتروژن بدست آورده شده است. عدد ناسلت، ضریب انتقال حرارت و اختلاف دمای سیال عامل و دیواره، با افزایش فرکانس نوسان و فشار کاری افزایش می یابد و ضریب اصطکاک کاهش می یابد. هلیم دارای بیشترین ضریب انتقال حرارت و ضریب اصطکاک و کمترین اختلاف دما بین سیال عامل و دیواره است. در بیشترین فشار کاری و فرکانس نوسان، بیشترین عدد ناسلت و کمترین ضریب اصطکاک برای کربن دی اکسید بدست آمد. در انتها، رابطه‌ای برای عدد ناسلت و ضریب اصطکاک برای هلیم، کربن دی اکسید و نیتروژن برای محدوده عدد رینولدز جنبشی 2.96-212.50 با مقدار خطا %0.23-8.07 پیشنهاد شده است.