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Características de un Intercambiador de Calor en un Motor de Cohete Líquido Utilizando Acoplamiento de Transferencia de Calor Conjugada con Herramientas de Código Abierto

Autores: Jeong, Wooseok; Jang, Seungeon; Kim, Hong-Jip

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Características de un Intercambiador de Calor en un Motor de Cohete Líquido Utilizando Acoplamiento de Transferencia de Calor Conjugada con Herramientas de Código Abierto


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Intercambiador de calor
Transferencia de calor
Integridad estructural
Análisis numérico
Transferencia de calor conjugada
Caudal

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 31

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
Dado que un intercambiador de calor utilizado en un generador de gas de un motor de cohete líquido de ciclo abierto operó en un entorno de alta temperatura, se debe realizar un análisis acoplado de las características de transferencia de calor y la integridad estructural simultáneamente. Por estas razones, se llevó a cabo un análisis numérico del intercambiador de calor en un motor de cohete líquido para elucidar los efectos de la transferencia de calor y la deformación estructural simultáneamente utilizando análisis de transferencia de calor conjugada (CHT) y herramientas de código abierto. Para el intercambiador de calor base, que tenía un tubo helicoidal interno con nueve vueltas, se investigaron las características de transferencia de calor y los hallazgos mostraron que el rendimiento de transferencia de calor se redujo a partir de la sexta vuelta. Se realizó un análisis adicional para examinar el efecto del número de vueltas en términos de flujo de calor y la correspondiente caída de presión y el peso de la estructura. Los resultados indicaron que el intercambiador de calor tenía una temperatura de salida significativamente reducida debido a un tiempo de residencia de flujo excesivamente corto. El intercambiador de calor mostró una temperatura de salida similar a la del modelo base; también presentó ventajas en términos de caída de presión y peso de la estructura. Además, se investigaron numéricamente la deformación térmica y el estrés causados por los cambios de temperatura para considerar la integridad estructural del intercambiador de calor. Se realizaron más análisis numéricos a diferentes caudales. A medida que aumentaba el caudal de helio, la cantidad de calor recibida del gas de escape de alta temperatura del generador de gas aumentaba, pero la temperatura de salida del helio disminuía gradualmente. Finalmente, la diferencia de temperatura entre las paredes exterior e interior aumentó debido al alto flujo de calor en la región alrededor de la entrada, lo que resultó en un aumento del estrés térmico. Con base en estos resultados, se identificaron la forma y el caudal óptimos del sistema. Además, se encontró que el rendimiento de transferencia de calor estaba correlacionado con las características de flujo del tubo enrollado.

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