طراحي گرم‌كن بستر سراميكي دما بالا براي تونل باد ابرصوتي

يكي از گلوگاه‌هاي طراحي تونل باد ابرصوتي، طراحي گرم‌كن آن‌ مي‌باشد. هدف از انجام اين پژوهش، طراحي گرم‌كن بستر سراميكي در دماي 1800 كلوين براي جلوگيري از ميعان هوا در تونل باد ابرصوتيمي‌باشد. براي طراحي اوليه گرم‌كن، از طريق يك كد مهندسي غير لزج روابط حاكم بر جريان سيال و انتقال حرارت حل مي‌شود. اين كد با دريافت خواص فيزيكي ثابت و ترموديناميكي سيال و جامد، ابعاد هندسي بستر و توزيع دماي ديواره، مقدار دماي هواي خروجي گذرا را تخمين مي‌زند. به همين دليل، طراحي نهايي گرم‌كن از طريق حل عددي معادلات ناويراستوكس، انرژي و مدل توربولانسي SST Kω با حلگر نوع فشار پايه كاپلد با دقت مرتبه‌ دوم انجام گرديد. نتايج عددي به‌دست‌آمده از اين روش انطباق خوبي با نتايج تجربي دارد. از طريق تحليل پارامتري، طرح‌‌هاي مختلفي براي يافتن يك بستر گرم‌كن مناسب مورد ارزيابي قرار گرفت. پارامترهاي موردبررسي شامل ارتفاع، قطر و تخلخل بستر و قطر سوراخ‌ها مي‌باشد. نتايج نشان مي‌دهد كه قطر سوراخ، قطر بستر و سپس ارتفاع و تخلخل مهم‌ترين پارامترها در طراحي بستر گرم‌كن بوده و به ترتيب تأثير بيشتري بر مقدار دماي هواي خروجي و مدت‌زمان اجرا آزمون دارند. به‌طوري‌كه افزايش يا كاهش 14 درصدي هريك به ترتيب باعث افزايش 61، 51، 28 و 8 درصدي مدت‌زمان اجرا و 6، 3، 2 و 1.8 درصدي دماي هواي خروجي مي‌شود. همچنين قطر سوراخ‌ و تخلخل بستر گرم‌كن، دو پارامترهاي مهم در تعيين ابعاد بستر گرم‌كن مي‌باشند. درنهايت با استفاده از اين نتايج طرح اوليه به يك طرح نهايي با ابعاد قطر بستر 0.45 متر، ارتفاع 1.7 متر، قطر سوراخ 3 ميلي‌متر و تخلخل 0.2512 اصلاح شد.