شبیه سازی عددی خنک کاری تراوشی با استفاده از فوم یک لایه و ترکیب دو لایه فوم و لاینر متخلخل سرامیکی

این تحقیق به منظور توسعه مدلسازی عددی جریان سیال عامل در مواد متخلخل برای جلوگیری از انتقال حرارت به سمت دیواره ها و کاهش وزن محفظه احتراق موتورهای موشک سوخت مایع انجامشده است. در ابتدا با در نظر گرفتن معادلات ناویراستوکس، مدل جریان درون محیط متخلخل توسط سه روش صریح، ضمنی و کرانک نیکلسون برای جریان تراکمپذیر و تراکم ناپذیر در یک فوم متخلخل در مختصات استوانه ای یک بعدی حل شده است. پس از بررسی نتایج و به دست آوردن توزیع دما در هر دو مدل تراکم پذیر و تراکم ناپذیر نشان داده شده است که فرض جریان تراکم پذیر ضعیف کاملاً درست است و توزیع دما در دو مدل مشابه همدیگر میباشد همچنین در ادامه اثر نرخ جریان جرم خنک کننده، نوع گاز، ضخامت نمونه متخلخل نیز بررسی شده است. با بررسی نتایج به دست آمده نشان داده شد که افزایش میزان تخلخل به دلیل افزایش نفوذپذیری و کاهش مقاومت در برابر جریان سیال میتواند موجب افزایش اثربخشی خنک کاری تراوشی شود، اما با توجه به ماهیت مواد متخلخل افزایش تخلخل سبب افزایش حجم و همچنین سبب کاهش مقاومت دمایی، پایداری مکانیکی و مقاومت در برابر فرسودگی اینگونه مواد میشود؛ بنابراین راه حلی در اینجا ارائه شده است این است که به جای کاهش تخلخل در سراسر ماده متخلخل از لاینرهای متخلخل باضخامت کم و تخلخل کمتر استفاده نمود که هم کاهش دما و عمل خنکک اری انجام شود، و هم مقاومت دمایی و پایداری مکانیکی در برابر شارهای حرارتی درون محفظه را داشت. با بررسی این مدل نشان داده شد که با افزایش ضخامت لاینر دما در مرز داغ افزایش پیدا میکند اما خود میتواند باعث کنترل جریان خنک کننده و افزایش مقاومت دمایی و پایداری در برابر بارهای مکانیکی شود، بنابراین با توجه به میزان شار حرارتی درون محفظه و شناخت مقاومت ماده متخلخل مورداستفاده میتوان طراحی مناسب به منظور خنک کاری و جلوگیری از فرسایش ماده متخلخل را به طور همزمان داشت.