بررسي عددي اثر فشار جريان بر طراحي سيستم خنك‌كاري با جداره‌آبي ديفيوزر با ابعاد بزرگ و شارهاي حرارتي بالا

Numerical Investigation of Coolant Flow Pressure Effect on the Water Jacket Design for Large Scale Diffuser at High Heat Fluxes

هدف پژوهش حاضر ارزيابي عملكرد سيستم‌ خنك‌كاري جداره‌آبي براي محافظت حرارتي ديفيوزر فلزي شبيه‌ساز ارتفاع بالا با ابعاد بزرگ و شار حرارتي بالا در بازه وسيعي از تغييرات فشار كاري سيال خنك‌كننده مي‌باشد. بدين منظور با استفاده از كد محاسباتي توسعه داده شده، پارامترهاي سيستم خنك‌كاري جداره‌آبي بر اساس توزيع شار حرارتي معين در طول ديفيوزر، طوري انتخاب مي‌شوند كه علاوه بر ارضاي شرايط دمايي بدنه فلزي، افت فشار كل نيز در بازه مطلوب قرار گيرد. در ادامه قابليت كد عددي توسعه يافته براي طراحي و بررسي عملكرد سيستم خنك‌كاري در فشار كاري 3 تا 50 بار و شارهاي حرارتي بالا تا 3/5مگاوات بر متر مربع با محدوديت دبي جرمي مصرفي مورد بررسي قرار گرفته است. بررسي‌هاي حاضر نشان مي‌دهد كه انتخاب مناسب فشار كاري در طراحي سيستم خنك‌كاري مخصوصا در جذب شار حرارتي بالا اهميت زيادي دارد و در انتخاب بهينه دبي جرمي مصرفي و ابعاد بهينه سيستم خنك‌كاري موثر است، به طوري‌كه افزايش فشار كاري از 3 بار به 10 بار، علاوه بر كاهش قابل توجه ابعاد سيستم خنك‌كاري، باعث كاهش 75 درصدي دبي جرمي مصرفي مي‌شود.

The aim of this study is to evaluate the performance of water-jacket cooling system for thermal protection of exhaust large dimension diffuser at high heat fluxes in a wide range of coolant pressure. For this purpose, using the developed calculation code, the parameters of the water-jacket cooling system are determined so that in addition to satisfying the temperature conditions of the metal body, the total pressure drop has remained in the desired range. In the following, the capability of numerical code to design and performance analysis of the cooling system has been evaluated in coolant pressure of 3 to 50 bar and high heat fluxes up to 3.5 MW/m2. The present studies show that the proper selection of coolant pressure is very important in the design of the cooling system with optimal mass flow rate and minimum coolant dimensions, especially at high heat fluxes, so that increasing the coolant pressure from 3 to 10 bar, in addition to significantly reducing the dimensions of the cooling system, reduces the mass flow rate by 75%.