بررسی عددی تحلیل حرارتی و سیالاتی اثرارتفاع پرواز و فوم فلزی متخلخل بر خنک کننده روغن هواپیمای آموزشی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری، ایران

2 گروه پیش‌برنده. دانشکده مهندسی هوافضا. دانشگاه علوم و فنون هوایی شهید ستاری. تهران. ایران

3 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، ایران

10.22034/joae.2023.348694.1105

چکیده

استفاده از فوم های فلزی متخلخل یکی از روش های مرسوم برای افزایش انتقال حرارت در سیستم های صنعتی از جمله مبدل های حرارتی می باشند. محیط های متخلخل ضمن افزایش انتقال حرارت منجر به افزایش افت فشار می شوند . در این مقاله به بررسی سه بعدی اثرات ارتفاع پرواز و فوم فلزی متخلخل با عدد دارسی در یک خنک کننده روغن هواپیما آموزشی پرداخته شد. ضریب تخلخل برای همه حالات دارای فوم متخلخل 0.9 فرض شد. برای شبیه‌سازی جریان روغن20W50 در محیط متخلخل، از معادله دارسی-برینکمن-فورچهایمر استفاده شد. خواص ترموفیزیکی روغن شامل چگالی، لزجت و ضریب هدایت حرارتی با استفاده از داده های آزمایشگاهی برحسب دمای کاری استخراج شد. روغن داغ با شرایط مرزی وارد خنک کننده روغن می شود. شرایط مرزی روغن خروجی است. دیواره خنک کننده شرط مرزی عدم لغزش و ضریب انتقال حرارت جابجایی هوا متناسب با ارتفاع می باشد. معادلات حاکم بر اساس روش حجم محدود (FVM) با استفاده از نرم افزار فلوئنت گسسته شده‌اند. با افزایش ارتفاع پرواز به H=5000m، در حالت روغن خالص، انتقال حرارت، افت فشار و برآوردگر معیار ارزیابی عملکرد به ترتیب،0.65%،0.45% و0.49% افزایش می یابد. فوم فلزی متخلخل با عدد دارسی دارای منجر به افزایش عدد ناسلت ، افزایش افت فشار و دارای بیشترین معیار ارزیابی عملکرد PEC=31.75 می باشد. فوم فلزی متخلخل با عدد دارسی دارای بیشترین افت فشار و بیشترین افزایش انتقال حرارت می باشد. با توجه به نتایج به دست آمده عدد دارسی بهینه ترین حالت از منظر برآوردگر معیار ارزیابی عملکرد است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

مراجع

  • [1]  K. Vafai, S. J. Kim, ‘‘Forced Convection in a Channel Filled With a Porous Medium: An Exact Solution’’, ASME, vol. 111, no. 4, pp. 1103–1106, Nov. 1989.
  • [2]  K. Hooman,  A. A. Ranjbar-Kani, ‘‘Forced convection in a fluid-saturated porous-medium tube with isoflux wall, Int. Commun.’’ Heat Mass Transf., vol. 30, no. 7, pp. 1015–1026, Oct. 2003.
  • [3]  A. A. Ranjbar-Kani, K. Hooman, ‘‘Viscous Dissipation Effects onThermally Developing Forced Convectionin A Porous Medium Circular Duct with Isothermal Wall, Int. Commun.’’ Heat Mass Transf., vol. 31, no. 6, pp. 897–907, Aug. 2004.
  • [4]  P.-X. Jiang,  X.-C. Lu, ‘‘Numerical simulation of fluid flow and convection heat transfer in sintered porous plate channels’’, Int. J. Heat Mass Transf., vol. 49, no. 9, pp. 1685–1695, May 2006.
  • [5]  D. Poulikakos,  M. Kazmierczak, ‘‘Forced Convection in a Duct Partially Filled With a Porous Material’’, ASME, vol. 109, no. 3, pp. 653–662, Aug. 1987.
  • [6]  B. I. Pavel,  A. A. Mohamad, ‘‘An experimental and numerical study on heat transfer enhancement for gas heat exchangers fitted with porous media’’, Int. J. Heat Mass Transf., vol. 47, no. 23, pp. 4939–4952, Nov. 2004.
  • [7]  M. Mahdavi, M. Saffar-Avval, S. Tiari, Z. Mansoori, “Entropy generation and heat transfer numerical analysis in pipes partially filled with porous medium”, Int. J. Heat Mass Transf., vol. 79, pp. 496–506, Dec. 2014.
  • [8]        B. Wang et al., “Numerical configuration design and investigation of heat transfer enhancement in pipes filled with gradient porous materials,” Energy Convers. Manag., vol. 105, pp. 206–215, Nov. 2015.
  • [9]        B. Wang, Y. Hong, L. Wang, X. Fang, P. Wang, and Z. Xu, “Development and numerical investigation of novel gradient-porous heat sinks,” Energy Convers. Manag., vol. 106, pp. 1370–1378, Dec. 2015.
  • [10]      M. Dehghan, M. S. Valipour, and S. Saedodin, “Temperature-dependent conductivity in forced convection of heat exchangers filled with porous media: A perturbation solution,” Energy Convers. Manag., vol. 91, pp. 259–266, Feb. 2015.
  • [11]      A. Amiri and K. Vafai, “Analysis of dispersion effects and non-thermal equilibrium, non-Darcian, variable porosity incompressible flow through porous media,” Int. J. Heat Mass Transf., vol. 37, no. 6, pp. 939–954, Apr. 1994.
  • [12]      P.-X. Jiang and Z.-P. Ren, “Numerical investigation of forced convection heat transfer in porous media using a thermal non-equilibrium model,” Int. J. Heat Fluid Flow, vol. 22, no. 1, pp. 102–110, Feb. 2001.
  • [13]      A. Amiri, K. Vafai, and T. M. Kuzay, “EFFECTS OF BOUNDARY CONDITIONS ON NON-DARCIAN HEAT TRANSFER THROUGH POROUS MEDIA AND EXPERIMENTAL COMPARISONS,” Numer. Heat Transf. Part Appl., vol. 27, no. 6, pp. 651–664, Jun. 1995.
  • [14]  H. R. Talesh Bahrami, E. Aminian, and H.
    Saffari, “Energy Transfer Enhancement Inside an Annulus Using Gradient Porous Ribs and Nanofluids”, J. Energy Resour. Technol, vol. 142, no. 12, Dec. 2020, doi: 10.1115/1.4047312.
  • [15]  Y. Mahmoudi, N. Karimi, ‘‘Numerical investigation of heat transfer enhancement in a pipe partially filled with a porous material under local thermal non-equilibrium condition’’, Int. J. Heat Mass Transf., vol. 68, pp. 161–173, Jan. 2014.
  • [16]  Z. F. Huang, A. Nakayama, K. Yang, C. Yang, W. Liu, ‘‘Enhancing heat transfer in the core flow by using porous medium insert in a tube’’, Int. J. Heat Mass Transf., vol. 53, no. 5, pp. 1164–1174, Feb. 2010.
  • [17]E. Aminian, H. Moghadasi, H. Saffari, and A. M. Gheitaghy, “Investigation of Forced Convection Enhancement and Entropy Generation of Nanofluid Flow through a Corrugated Minichannel Filled with a Porous Media,” Entropy, vol. 22, no. 9, Art. no. 9, Sep. 2020, doi: 10.3390/e22091008.
  • [18]E. Aminian, H. Moghadasi, and H. Saffari, “Magnetic field effects on forced convection flow of a hybrid nanofluid in a cylinder filled with porous media: a numerical study,” J Therm Anal Calorim, vol. 141, no. 5, pp. 2019–2031, Sep. 2020, doi: 10.1007/s10973-020-09257-y.
  • [19]M. Siavashi, H. R. Talesh Bahrami, E. Aminian, and H. Saffari, “Numerical analysis on forced convection enhancement in an annulus using porous ribs and nanoparticle addition to base fluid,” J. Cent. South Univ., vol. 26, no. 5, pp. 1089–1098, 2019.
  • [20]      M. Siavashi, H. R. Talesh Bahrami, and E. Aminian, “Optimization of heat transfer enhancement and pumping power of a heat exchanger tube using nanofluid with gradient and multi-layered porous foams”, Appl. Therm. Eng., vol. 138, pp. 465–474, Jun. 2018, doi: 10.1016/j.applthermaleng.2018.04.066.
  •  
نشریه علمی پژوهشی مهندسی هوانوردی
دوره 25، شماره 2
مهر 1402
صفحه 12-20

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 02 تیر 1401
  • تاریخ بازنگری: 13 آذر 1401
  • تاریخ پذیرش: 08 مهر 1402

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار