شبیه سازی تاثیر نانوذره‌ها بر بهبود خنک کاری بازیافتی در موتور پیشرانه مایع

وجود دمای بالای به‌دست آمده از احتراق نیازمند روش های موثر خنک کاری در محفظه احتراق می باشد. اغلب محفظه ها در موتورهای پیشرانه مایع، دارای خنک کاری از نوع  بازیافتی هستند. یک روش جدید برای بهبود عملکرد انتقال گرما در فرایند خنک کاری بازیافتی، افزودن نانوذره‌ها به سیال خنک کننده است. در این تحقیق، خنک کاری بازیافتی در یک موتور پیشرانه مایع با فلوئنت به صورت عددی شبیه سازی شده است. این موتور برای کار بر روی مخلوط کروسین به عنوان سوخت و اکسیژن مایع به عنوان اکسید کننده با تراست 300 کیلو نیوتن طراحی شده است. در ادامه از نانوذره‌های آلومینا و نانولوله کربنی (cnt) در کسر حجمی های 2% و 5% برای افزودن به کروسین برای تولید نانوسیال استفاده شده است. در این مسئله جریان سیال در کانال خنک کننده سه بعدی، پایا و آشفته فرض شده است و همچنین از مدل آشفتگی k-ε برای جریان آشفته استفاده شده، و نانوسیال نیز به صورت تک فاز مدل سازی شده است. افزودن نانوذره‌های آلومینا و نانولوله کربنی در کروسین به عنوان سیال خنک کننده به ترتیب باعث افزایش 8% و 15% در ضریب انتقال گرما سیال خنک کننده شده است. با توجه به نتیجه‌ها، نانولوله های کربنی از توانایی بالاتری برای افزایش ضریب انتقال گرما و بهبود خنک کاری بازیافتی نسبت به نانوذره آلومینا برخوردار هستند.

simulation of the effect of nanoparticles on improvement of regenerative cooling in liquid propellant engine

the presence of high combustion temperatures requires effective cooling methods in the combustion chamber. most chambers in liquid propellant engines have regenerative cooling. a new way to improve heat transfer performance in the regenerative cooling process is to add nanoparticles to the cooling fluid. in this study, the regenerative cooling in a liquid propellant engine was simulated numerically by fluent software. the engine is designed to work on a mixture of kerosene as fuel and liquid oxygen as an oxidizer with a thrust of 300 kn. in the following, carbon nanotubes and alumina nanoparticles were used in 2% and 5% volume fraction to be added to kerosene for nanofluid production. in this study, the fluid flow in the three-dimensional cooling channel is assumed to be steady-state, turbulent and the k-ε turbulence model is used for turbulent flow, and the nanofluids are modeled as single-phase. addition of nanoparticles alumina and carbon nanotube to kerosene as cooling fluid increased the heat transfer coefficient by 8% and 15%, respectively. according to the results, carbon nanotubes have a higher ability to increase heat transfer coefficient and improve regenerative cooling than alumina nanoparticle.