مدل سازي و شبيه سازي انتقال حرارت مخازن كرايوژنيك اكسيژن مايع با استفاده از CFD

مخازن كرایوژنیك از پركاربردترین تجهیزات صنعتی در حوزههای نفت، گاز، پتروشیمی و هوافضا میباشند. نوعی از این مخازن برای ذخیرهسازی اكسیدكننده و سوخت در موشك پیشرانه مایع به كار میرود. به دلیل دمای پایین، فشار بالا و شرایط عملیاتی غیرمتعارف، مطالعه تجربی انتقال حرارت مقرون به صرفه نمیباشد و عدم امكان انجام تحقیقات در مقیاس آزمایشگاه ضرورت بهره گیری از شبیه سازی دینامیك سیالات محاسباتی را اجتنابناپذیر كرده است. در این مقاله با استفاده از مدل سازی و شبیه سازی CFD ، رفتار حرارتی مخازن كرایوژنیك اكسیژن مایع در شرایط عملیاتی شامل نگهداری، حین پرتاب و استقرار مداری مطالعه و ارزیابی شده است. شبیه سازی پس از فرآیند استقلال از مش با پنج شرط عملیاتی متفاوت برای 222 ثانیه واقعی صورت گرفت. با فرض حالت ترمودینامیكی دو فازی اشباع برای سیال كرایوژنیك مشاهده گردید كه اثر مارانگونی در شرایط با شتاب گرانش، سهم بسیار كمی در انتقال حرارت دارد و میتوان از آن صرف نظر كرد، درحالی كه در شرایط بیوزنی این اثر، سهم قابل توجهی در انتقال حرارت دارد.

Cryogenic tanks are used in various oil, gas, petrochemical and aerospace field. This type of tank is used to contain oxidizer and fuel of liquid propellant missiles. Because of low temperature, high pressure and difficult condition, empirical study of heat transfer of cryogenic tank is not feasible and it is necessary to use CFD simulation since experimental research in this field is not possible. This paper investigates the heat transfer liquid oxygen tank in the operational conditions such as storing, launch time and orbit deployment by CFD modeling and simulation. The independence of mesh grid is verified and it is simulated with five different operational condition. By assuming two phase saturated for cryogenic fluid, it is observed that Marangoni effect in gravity has small portion of heat transfer and it could be regarded while with no gravity this effect is considerable.