بررسی عددی اثر فشار جریان بر طراحی سیستم خنک‌کاری با جداره‌آبی دیفیوزر با ابعاد بزرگ و شارهای حرارتی بالا

هدف از پژوهش حاضر، ارزیابی عملکرد سیستم‌ خنک‌کاری جداره ‌آبی برای محافظت حرارتی دیفیوزر فلزی شبیه‌ساز ارتفاع بالا با ابعاد بزرگ و شار حرارتی بالا در بازه وسیعی از تغییرات فشار کاری سیال خنک‌کننده است. برای این منظور، با استفاده از کد محاسباتی توسعه داده شده، پارامترهای سیستم خنک‌کاری جداره ‌آبی بر اساس توزیع شار حرارتی معین در طول دیفیوزر، طوری انتخاب می‌شوند که علاوه‌بر برآورده‌سازی شرایط دمایی بدنه فلزی، افت فشار کل نیز در بازه مطلوب قرار گیرد. در ادامه، قابلیت کد عددی توسعه یافته برای طراحی و بررسی عملکرد سیستم خنک‌کاری در فشار کاری 3 تا 50 بار و شارهای حرارتی بالا تا 3.5 مگاوات بر مترمربع با محدودیت دبی جرمی مصرفی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی‌های حاضر نشان می‌دهد که انتخاب مناسب فشار کاری در طراحی سیستم خنک‌کاری به ویژه، در جذب شار حرارتی بالا اهمیت زیادی دارد و در انتخاب بهینه دبی جرمی مصرفی و ابعاد بهینه سیستم خنک‌کاری موثر است، به طوری‌که افزایش فشار کاری از 3 بار به 10 بار، علاوه بر کاهش قابل توجه ابعاد سیستم خنک‌کاری، باعث کاهش 75 درصدی دبی جرمی مصرفی می‌شود.

numerical investigation of coolant flow pressure effect on the water jacket design for large scale diffuser at high heat fluxes

the aim of this study is to evaluate the performance of water-jacket cooling system for thermal protection of exhaust large dimension diffuser at high heat fluxes in a wide range of coolant pressure. for this purpose, using the developed calculation code, the parameters of the water-jacket cooling system are determined so that in addition to satisfying the temperature conditions of the metal body, the total pressure drop has remained in the desired range. in the following, the capability of numerical code to design and performance analysis of the cooling system has been evaluated in coolant pressure of 3 to 50 bar and high heat fluxes up to 3.5 mw/m2. the present studies show that the proper selection of coolant pressure is very important in the design of the cooling system with optimal mass flow rate and minimum coolant dimensions, especially at high heat fluxes, so that increasing the coolant pressure from 3 to 10 bar, in addition to significantly reducing the dimensions of the cooling system, reduces the mass flow rate by 75%.