شبيه سازي عددي سردساز لوله ضرباني نوع استرلينگ با ورودي ثانويه

Numerical simulation of a Stirling-type double inlet pulse tube refrigerator

در اين مقاله، جهت تجزيه و تحليل اثرات ورودي ثانويه بر عملكرد سردساز لوله ضرباني نوع استرلينگ يك كد عددي يك بعدي توسعه داده شده است. جهت توسعه كد، معادلات حاكم با فرض گاز كامل و تراكم پذير به صورت عمومي استخراج شده است؛ به گونه اي كه امكان شبيه سازي جريان در محيط هاي متخلخل و غيرمتخلخل فراهم گرديده است. در گسسته سازي معادلات، از گسسته سازي مرتبه دو براي ترم زماني، طرح بالادست جريان براي تقريب عبارات جريان انتالپي و دماي سطوح و تقريب خطي مركزي براي فشار روي سطوح و ترم هدايت حرارتي استفاده شده است. نتايج شبيه سازي ها نشان مي دهد كه به كارگيري ورودي ثانويه مناسب، موجب بهينه شدن اختلاف فاز دبي جرمي و فشار و افت مناسب دماي سيال در طول لوله ضرباني و در نتيجه موجب افزايش ضريب عملكرد آن مي شود. همچنين مينيمم دماي قابل دسترس و ضريب عملكرد سيستم در دماي 80 درجه كلوين با ورودي ثانويه به ترتيب 5/56 درجه كلوين و 0352/0 و بدون استفاده از ورودي ثانويه 3/71 درجه كلوين و 0227/0 به دست مي آيد.

In this paper a CFD code has been developed to investigate effects of the double inlet on the performance of a Stirling type pulse tube refrigerator. In this respect, set of governing equations have been written in a general form such that all porous and non-porous sections of the system can be modeled. In order to discretize the governing equations, a second order method has been used for time, a second order upwind method for mass, enthalpy flow and temperature in the surfaces of the control volumes and the central differential scheme has been employed for pressure and heat conduction terms. Results show that application of double inlet optimizes the phase shift between velocity and pressure and suitably decreases the fluid temperature along the pulse tube, causing to increase COP of the system. Furthermore, it is observed that a minimum temperature of 56.5 K and COP of 0.0352 @ 80 K is attainable using optimum double inlet; whereas, for a simple refrigerator a minimum temperature of 71.3 K and maximum COP of 0.0227 @ 80 K are concluded.