Rendimiento Térmico y Características de Flujo del Hidrógeno Supercrítico en Canales de Enfriamiento Regenerativo de Relación de Aspecto Variable: Una Investigación CFD
Autores: Gibreel, Mohammednour; Jamea, Ali Mohammed Adam; Adam, Abdalazeem; Xiaohu, Chen; Elmouazen, Hisham; Wahballa, Hosham
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Rendimiento Térmico y Características de Flujo del Hidrógeno Supercrítico en Canales de Enfriamiento Regenerativo de Relación de Aspecto Variable: Una Investigación CFD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Estudio
Rendimiento termo-fluido
Hidrógeno supercrítico
Canales de refrigeración regenerativa
Relaciones de aspecto
Cámaras de combustión de motores cohete
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 5
Citaciones: Sin citaciones
Este estudio analiza numéricamente el rendimiento térmico-fluido del hidrógeno supercrítico en canales de enfriamiento regenerativo con relaciones de aspecto (AR) que varían de 1 a 8 para cámaras de combustión de motores de cohetes. El estudio investiga los efectos de la geometría del canal y el número de Reynolds de entrada en la eficiencia de transmisión de calor, el comportamiento del flujo y la caída de presión. El modelo de turbulencia SST k- fue validado y utilizado en simulaciones CFD de ANSYS FLUENT (2024 R1, (Ansys Inc., Canonsburg, PA, EE. UU.) para examinar distribuciones de temperatura, energía cinética turbulenta y perfiles de velocidad. Los resultados muestran que la transferencia de calor por convección mejora con números de Reynolds más altos, mientras que las caídas de presión aumentan; el mejor rango para un rendimiento equilibrado se encuentra entre 35,000 y 45,000. La relación de aspecto influye significativamente en el rendimiento térmico; aumentarla de 1 a 8 reduce las temperaturas máximas de la pared en un 12-15%, pero agrava la estratificación térmica y las pérdidas de presión. Se encontró que una relación de aspecto intermedia (AR = 2-4) optimiza tanto la mejora de la transferencia de calor como el rendimiento hidráulico. El estudio proporciona información crítica para optimizar los diseños de canales de enfriamiento en motores de cohetes de alto rendimiento, abordando las compensaciones entre la eficiencia térmica y la dinámica del flujo en condiciones de operación extremas.
Descripción
Este estudio analiza numéricamente el rendimiento térmico-fluido del hidrógeno supercrítico en canales de enfriamiento regenerativo con relaciones de aspecto (AR) que varían de 1 a 8 para cámaras de combustión de motores de cohetes. El estudio investiga los efectos de la geometría del canal y el número de Reynolds de entrada en la eficiencia de transmisión de calor, el comportamiento del flujo y la caída de presión. El modelo de turbulencia SST k- fue validado y utilizado en simulaciones CFD de ANSYS FLUENT (2024 R1, (Ansys Inc., Canonsburg, PA, EE. UU.) para examinar distribuciones de temperatura, energía cinética turbulenta y perfiles de velocidad. Los resultados muestran que la transferencia de calor por convección mejora con números de Reynolds más altos, mientras que las caídas de presión aumentan; el mejor rango para un rendimiento equilibrado se encuentra entre 35,000 y 45,000. La relación de aspecto influye significativamente en el rendimiento térmico; aumentarla de 1 a 8 reduce las temperaturas máximas de la pared en un 12-15%, pero agrava la estratificación térmica y las pérdidas de presión. Se encontró que una relación de aspecto intermedia (AR = 2-4) optimiza tanto la mejora de la transferencia de calor como el rendimiento hidráulico. El estudio proporciona información crítica para optimizar los diseños de canales de enfriamiento en motores de cohetes de alto rendimiento, abordando las compensaciones entre la eficiencia térmica y la dinámica del flujo en condiciones de operación extremas.