طراحی گرمکن بستر سرامیکی دما بالا برای تونل‌باد ابرصوتی

Abstract

یکی از گلوگاه‌های طراحی تونل‌باد ابرصوتی، طراحی گرمکن آن‌ می‌باشد. هدف از انجام این پژوهش، طراحی گرمکن بستر سرامیکی در دمای 1800 کلوین برای جلوگیری از میعان هوا در تونل‌باد ابرصوتی می‌باشد. برای طراحی اولیه گرمکن، از طریق یک کد مهندسی غیر لزج روابط حاکم بر جریان سیال و انتقال حرارت حل می‌شود. این کد با دریافت خواص فیزیکی ثابت و ترمودینامیکی سیال و جامد، ابعاد هندسی بستر و توزیع دمای دیواره، مقدار دمای هوای خروجی گذرا را تخمین می‌زند. به همین دلیل، طراحی نهایی گرمکن از طریق حل عددی معادلات ناویراستوکس، انرژی و مدل توربولانسی SST K-ω انجام گردید. نتایج عددی به‌دست‌آمده از این روش انطباق خوبی با نتایج تجربی دارد. از طریق تحلیل پارامتری، طرح‌‌های مختلفی برای یافتن یک بستر گرمکن مناسب مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای موردبررسی شامل ارتفاع، قطر و تخلخل بستر و قطر سوراخ‌ها می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد که ارتفاع و قطر بستر مهم‌ترین پارامتر در طراحی بستر گرمکن بوده و تأثیر بیشتری بر مقدار دمای هوای خروجی و مدت‌زمان اجرا آزمون دارند. به طوری که افزایش یا کاهش 14 درصدی هریک به ترتیب باعث افزایش 28، 51 و 61 درصدی مدت زمان اجرا و2، 3 و 6 درصدی دمای هوای خروجی می‌شود. همچنین قطر سوراخ‌ و تخلخل بستر گرمکن، دو پارامترهای مهم در تعیین ابعاد بستر گرمکن می‌باشند. درنهایت با استفاده از این نتایج طرح اولیه به یک طرح نهایی با ابعاد قطر بستر 0.45 متر، ارتفاع 1.7 متر، قطر سوراخ 3 میلی‌متر و تخلخل 0.2512 اصلاح شد.