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El impacto de los entornos de aceleración en vuelo en el rendimiento de una unidad de intercambiador de calor de cambio de fase con medios porosos en capas

Autores: Zhang, Ruoji; Zhang, Jingyang; Zhang, Jingzhou

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

El impacto de los entornos de aceleración en vuelo en el rendimiento de una unidad de intercambiador de calor de cambio de fase con medios porosos en capas


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Unidad de intercambiador de calor de cambio de fase
Medios porosos en capas
Conductividad térmica
Convección natural
Condiciones de aceleración
Fluctuación de temperatura

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 13

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La Unidad de Intercambio de Calor por Cambio de Fase en Medios Porosos Capas (PCEU-LPM) se obtiene a través de un proceso de vertido congelado y presenta características como alta conductividad térmica, alto calor latente y alta permeabilidad, lo que la hace adecuada para disipar calor en dispositivos electrónicos aéreos. Este estudio investiga numéricamente el impacto de las condiciones de aceleración de la velocidad de la aeronave, que conducen a ingravidez o sobrecarga, en el rendimiento del PCEU-LPM, con un enfoque particular en la influencia de la convección natural en la región de fase líquida. Inicialmente, se establece un modelo de análisis térmico a microscale basado en la ecuación de Navier-Stokes y en micrografías electrónicas de barrido para calcular la conductividad térmica efectiva y la permeabilidad del PCEU-LPM bajo diferentes porosidades. Posteriormente, estos parámetros se incorporan en un modelo de análisis térmico a macroscale basado en la ley de Darcy, empleando un enfoque de parámetros promedio. Utilizando el modelo de análisis térmico a macroscale, se calculan los campos de temperatura y velocidad bajo diversas porosidades, magnitudes de aceleración y direcciones. Los resultados de los cálculos indican que a medida que la aceleración aumenta de alpha = 0 a alpha = 10 g, la temperatura de la interfaz del PCEU-LPM disminuye aproximadamente 5.2 K, y la fluctuación de temperatura disminuye 2.4 K. Si la porosidad del PCEU-LPM se incrementa de 70% a 85%, la influencia del cambio de aceleración en la convección natural se amplificará aún más, resultando en una disminución de la temperatura de la interfaz del PCEU-LPM de aproximadamente 10.2 K y una disminución de la fluctuación de temperatura de 5.8 K. Cuando la dirección de la aceleración es +z, la temperatura de la interfaz del PCEU-LPM es la más baja, mientras que es la más alta cuando la dirección de la aceleración es -z, con una diferencia máxima de 15.4 K entre ambas. Cuando la dirección de la aceleración es +/-x y +/-y, la temperatura de la interfaz se sitúa entre los dos casos anteriores, siendo la temperatura de la interfaz ligeramente más alta para +/-y en comparación con +/-x, con una diferencia máxima de 3.9 K entre ellos.

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