بررسي رفتار گرمايي و سيالاتي مبادله‌كن‌گرمايي هوا ‌خنك‌شو براي به‌كارگيري در سامانه شبيه ساز ارتفاع

Thermal and fluid flow analysis for air-cooled heat exchanger in high altitude engine test facility

مبادله‌كن‌گرمايي يكي از بخش هاي مهم در سامانه شبيه سار ارتفاع است. در اين مطالعه شناسايي مبادله‌كن‌گرمايي هوا‌خنك‌شو با هدف استفاده بهينه از دماي هواي محيط حائز اهميت است، بنابراين پس از طراحي، شبيه سازي رفتار گرمايي مبادله‌كن‌گرمايي با استفاده از نرم افزار Anysys CFX انجام گرفته است. هدف نهايي شناسايي عملكرد اين مبادله‌كن‌گرمايي براي شرايط خاص شامل دماي بالا و فشار پايين اين سيستم است كه بوسيله نرم افزارهاي طراحي Aspen و HTRI و تحليل‌هاي نرم افزاري Ansys CFX بدست آمد. سنجش صحت طراحي صورت گرفته با دو روش انجام گرفت. ابتدا مدل محاسباتي مورد استفاده با استناد به نتايج آزمايشگاهي از هندسه‌اي مشابه تائيد گرديد. سپس نتايج حاصل از دو نرم افزار طراحي، با روش ديناميك سيالات محاسباتي كه در گام قبل اعتبار‌سنجي شده بود، مقايسه گرديد. نتايج نشان داد طراحي صورت گرفته براي فشار حداقل 50 ميلي بار به‌خوبي تأمين كننده اختلاف دماي مورد نياز براي گازهاي داغ 650 درجه است و بر اساس شرايط واقعي مي‌تواند تبادل گرما لازم را تأمين كند. نتايج تحليل‌هاي انجام شده، دماي خروجي سيال گرم از مبادله‌كن را 50 درجه سلسيوس نشان داد. علاوه بر اين ميزان افت فشار سمت لوله پس از عبور از 3 گذر در بحراني‌ترين حالت كاري سيستم نزديك به 5% فشار ورودي مبادله‌كن به دست آمد.

The heat exchanger is one of the most important parts of the Altitude Engine Test Facility. In this regard, it is necessary to identify the Air-Cooled heat exchanger to optimally use the ambient temperature conditions. In this study, after designing, thermal heat exchanger simulation was performed. The ultimate goal is to identify the performance of this heat exchanger for the specific conditions of high temperature and low pressure of this system based on the sizes provided by the design software Aspen and HTRI and simulation results of ANSYS CFX. The design accuracy of this study was carried out in two ways. At first, the validity of the computational model was confirmed by reference to experimental results from a similar geometry. Then, the results of two designing software were compared with the computational fluid dynamics method which validated in the previous step. The results showed that the design was suitable and can provide the required heat transfer for the most critical current flow of high temperature gases in 650 °C and 50 mbar pressure which was based on actual conditions. The results of the study confirmed the temperature of 50 °C at the output of the designed heat exchanger. In addition, the pressure drop for hot gases on the pipe side after passing through 3 passes in critical operating condition was found to be close to 5% of inlet pressure.