طراحی گرم‌کن بستر سرامیکی دما بالا برای تونل باد ابرصوتی

یکی از گلوگاه‌های طراحی تونل باد ابرصوتی، طراحی گرم‌کن آن‌ می‌باشد. هدف از انجام این پژوهش، طراحی گرم‌کن بستر سرامیکی در دمای 1800 کلوین برای جلوگیری از میعان هوا در تونل باد ابرصوتیمی‌باشد. برای طراحی اولیه گرم‌کن، از طریق یک کد مهندسی غیر لزج روابط حاکم بر جریان سیال و انتقال حرارت حل می‌شود. این کد با دریافت خواص فیزیکی ثابت و ترمودینامیکی سیال و جامد، ابعاد هندسی بستر و توزیع دمای دیواره، مقدار دمای هوای خروجی گذرا را تخمین می‌زند. به همین دلیل، طراحی نهایی گرم‌کن از طریق حل عددی معادلات ناویراستوکس، انرژی و مدل توربولانسی sst kω با حلگر نوع فشار پایه کاپلد با دقت مرتبه‌ دوم انجام گردید. نتایج عددی به‌دست‌آمده از این روش انطباق خوبی با نتایج تجربی دارد. از طریق تحلیل پارامتری، طرح‌‌های مختلفی برای یافتن یک بستر گرم‌کن مناسب مورد ارزیابی قرار گرفت. پارامترهای موردبررسی شامل ارتفاع، قطر و تخلخل بستر و قطر سوراخ‌ها می‌باشد. نتایج نشان می‌دهد که قطر سوراخ، قطر بستر و سپس ارتفاع و تخلخل مهم‌ترین پارامترها در طراحی بستر گرم‌کن بوده و به ترتیب تاثیر بیشتری بر مقدار دمای هوای خروجی و مدت‌زمان اجرا آزمون دارند. به‌طوری‌که افزایش یا کاهش 14 درصدی هریک به ترتیب باعث افزایش 61، 51، 28 و 8 درصدی مدت‌زمان اجرا و 6، 3، 2 و 1.8 درصدی دمای هوای خروجی می‌شود. همچنین قطر سوراخ‌ و تخلخل بستر گرم‌کن، دو پارامترهای مهم در تعیین ابعاد بستر گرم‌کن می‌باشند. درنهایت با استفاده از این نتایج طرح اولیه به یک طرح نهایی با ابعاد قطر بستر 0.45 متر، ارتفاع 1.7 متر، قطر سوراخ 3 میلی‌متر و تخلخل 0.2512 اصلاح شد.

Design High Temperature Cored Brick Heater for Hypersonic Wind Tunnel

One of the throats in designing hypersonic wind tunnel is the design of heater. The purpose of this study is designing a heater with ceramic cored, in 1800K temperature for preventing air condensation in wind tunnel. In initial part of design the fluid flow and heat transfer equation have been solved through an inviscid engineering code. This code estimates the temperature of transient outlet flow with static physical and thermodynamic properties of fluid and solid, geometrical dimensions of bed and wall distribution temperature. The final part of design has been solved with computational methods and using of Navir Stocks and energy equation, with Kω SST turbulence model. The solver is 2nd order and pressure base. The numerical results are in acceptable agreement with experimental. By parameter analysis, various design for obtaining a suitable heater have been evaluated. The evaluated parameters are height, diameter, porosity of the bed and the diameter of the hole and diameter of the bed. The results show that the diameter of the hole, the diameter of the bed, the height and prosity the most important parameters in the design of the heating bed and have a great impact on the temperature of the exhaust air and the duration the test respectively. 14% increase or decrease of each parameter increase 61, 51, 28, and 8% of execution time and 6, 3, 2 and 1.8 % of the output air temperature respectively. The hole diameter and prosity of the heater bed are two important parameters in determining the dimension of the heater bed. Finally with using of the results the final design has been modified with bed diameter of 0.45 meter, height of 1.7 meter, hole diameter of 3 millimeter and prosity 0.2512.