Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Thiết kế tối ưu và phân tích số của bộ làm mát nhanh
Tóm tắt
Dưới bối cảnh thiết kế bộ trao đổi nhiệt có độ gọn gàng cao cho động cơ hàng không vũ trụ siêu âm, một bộ làm mát nhanh đã được thiết kế và hiệu suất của nó được mô phỏng dưới bối cảnh độ cao. Để thực hiện điều này, trước tiên, theo khoảng tham số đã biết, một đơn vị bộ làm mát nhanh dạng ống tấm có các tham số tối ưu đã được thiết kế bằng cách sử dụng thuật toán di truyền để tìm thấy giá trị tối thiểu của hàm mục tiêu - số lượng tiêu tán năng lượng. Tiếp theo, việc đưa hệ số độ nhớt thô vào phương pháp thể tích hữu hạn cải tiến cho thấy hiệu ứng gia tăng chuyển nhiệt nhanh chóng rất rõ ràng. Thiết kế fin có thể cải thiện hiệu suất truyền nhiệt của đơn vị trao đổi nhiệt lên 46,5%. Cuối cùng, bộ làm mát nhanh được thiết kế dựa trên đơn vị này. Kết quả mô phỏng hiệu suất cho thấy nhiệt độ trung bình đã giảm 735 K khi không khí nóng chảy qua bộ làm mát nhanh với tốc độ cao trong chưa đầy 1,5 ms. Mục tiêu gia tăng chuyển nhiệt nhanh chóng đã được đạt được. Chúng tôi cũng khám phá ảnh hưởng của tốc độ không khí nóng và tốc độ chất làm mát khác nhau đến bộ làm mát nhanh và điều tra ảnh hưởng của hiệu ứng quy mô đến hiệu suất truyền nhiệt.
Từ khóa
#động cơ hàng không vũ trụ #bộ làm mát nhanh #thuật toán di truyền #cải tiến phương pháp thể tích hữu hạn #hiệu suất truyền nhiệtTài liệu tham khảo
M. Tang, B.A. Hamilton, and R.L. Chase, The quest for hypersonic flight with air-breathing propulsion, in: 15th AIAA Int. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, 2008, P. 2546.
P. Carter, V. Balepin, and T. Spath, MIPCC technology development, in: 12th AIAA Int. Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies, 2003, P. 6929.
R. Varvill, Heat exchanger development at Reaction Engines Ltd, Acta Astronautica, 2010, Vol. 66, No. 9, P. 1468–1474.
T. Sato and N. Tanatsugu, Development study on ATREX engine for future space plane, 19th ISTS, 1994, Vol. 5.
Z. Li, Y.L. He, G.H. Tang, and W.Q. Tao, Experimental and numerical studies of liquid flow and heat transfer in micro-tubes, Int. J. Heat and Mass Transfer, 2007, Vol. 50, No. 17, P. 3447–3460.
S. Levy, R. Fuller, and R. Niemi, Heat transfer to water in thin rectangular channels, J. Heat Transfer, 1959, Vol. 81. P. 129–143.
D.B. Tuckerman, Heat transfer microstructures for integrated circuits, Lawrence Livermore National. Lab, CA, 1984.
L. Hwang, I. Turlik, and A. Resiman, A thermal module design for advanced packaging, J. Electronic Materials, 1987, Vol. 16, No. 5, P. 347–355.
D. Nayak, L. Hwang, and I. Turlik, A high performance thermal module for computer packaging, J. Electronic Materials, 1987, Vol. 16, No. 5, P. 357–364.
J.C. Harley, Y. Huang, and H.H. Bau, Gas flow in micro-channels, J. Fluid Mech., 1995, Vol. 284, P. 257–274.
Z.Y. Cuo and Z.X. Li, Size effect on microscale single-phase flow and heat transfer, Int. J. Heat and Mass Transfer, 2003, Vol. 46, No. 1, P. 149–159.
E.A. Chinnov, F.V. Ron’shin, and O.A. Kabov, Regimes of two-phase flow in micro- and minichannels (review), Thermophysics and Aeromechanics, 2015, Vol. 22, No. 3, P. 265–284.
M.N. Karchevskiy, M.P. Tokarev, A.A. Yagodnitsyna, and L.A. Kozinkin, Correlation algorithm for computing the velocity fields in microchannel flows with high resolution, Thermophysics and Aeromechanics, 2015, Vol. 22, No. 6, P. 745–754.
J. Zhang and Y.H. Zhao, An experimental study on fluid flow and heat transfer in a multiport minichannel flat tube with micro-fin structures, Int. J. Heat and Mass Transfer, 2015, Vol. 84. P. 511–520.
J.P. Robert and M.A. Waleed, Numerical and experimental investigation of heat transfer and fluid flow characteristics in a micro-scale serpentine channel, Int. J. Heat Mass Transfer, 2015, Vol. 88, P. 790–802.
J.J. Murray, C.M. Hempsell, and A. Bond, An experimental precooler for airbreathing rocket engines, JBIS, 2001, Vol. 54, Nos. 5/6, P. 199–209.
V. Kumar, M. Paraschivoiu, and K.D.P. Nigam, Single-phase fluid flow and mixing in micro-channels, Chemical Engng Sci., 2011, Vol. 66, No. 7, P. 1329–1373.
R. Varvill and A. Bond, The skylon spaceplane, JBIS, 2004, Vol. 57, P. 22–32.
H. Webber, S. Feast, and A. Bond, Heat exchanger design in combined cycle engines, JBIS, 2009, Vol. 62, P. 122–130.
X.F. Peng and B.X. Wang, Experimental investigation of heat transfer in flat plats with rectangular microchannels, Int. J. Heat Mass Transfer, 1995, Vol. 38, P. 127–137.
C.L. Merkle, T. Kubota, and D.R.S. Ko, An analytical study of the effects of surface roughness on boundary-layer transition, Flow Research Inc., Kent WA, 1974.
Z.Y. Guo, H.Y. Zhu, and X.G. Liang, Entransy-A physical quantity describing heat transfer ability, Heat Mass Transfer, 2007, Vol. 50, P. 2545–2556.
F.G Jiang, C. Lin, and T.X. Ming, Entransy dissipation number and its application to heat exchanger performance evaluation, Chinese Sci. Bulletin, 2009, Vol. 54, P. 2708–2713.
C.R. Houck, J. Joines, and M. Key, A genetic algorithm for function optimization: a matlab implementation, NCSU-IE TR, 1995, Vol. 95, No. 9.