Modelado Numérico del Comportamiento Térmico durante la Perforación del Suelo Lunar
Autores: Zhao, Deming; Cheng, Zhisheng; Zhang, Weiwei; Cui, Jinsheng; Wang, He
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Modelado Numérico del Comportamiento Térmico durante la Perforación del Suelo Lunar
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Simulación térmica
Proceso de perforación
Cambios de temperatura
área de eliminación de desechos
Modelo de simulación de tamaño de partículas a múltiples niveles
Tamiz térmico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 27
Citaciones: Sin citaciones
Este documento presenta un análisis detallado de simulación térmica del proceso de perforación en suelo helado en la región polar lunar. El objetivo es investigar los cambios de temperatura que ocurren en el área de remoción de escombros durante el proceso de perforación. Desarrollamos un modelo de simulación de tamaño de partículas de múltiples niveles que incluye un tamiz térmico basado en restricciones geométricas para evaluar la influencia de la capacidad calorífica específica y la conductividad térmica en la temperatura de las partículas. Utilizando el método de diseño compuesto central, llevamos a cabo el diseño de prueba de simulación y analizamos la diferencia de temperatura promedio de las partículas dentro y fuera del rango del tamiz térmico. Los parámetros del modelo de elementos discretos se determinaron comparando la temperatura de la zona de remoción de escombros en el entorno lunar con la temperatura simulada por el método de elementos discretos. Los resultados muestran que la conductividad térmica del tamiz varía de 100 a 400 W/m, y la temperatura promedio dentro del tamiz térmico está negativamente relacionada con la capacidad calorífica específica. La desviación de temperatura del área de remoción de virutas es de +/-10 grados C, lo que es consistente con la desviación de temperatura observada en el entorno lunar y la prueba de perforación del regolito helado lunar. Además, la adición del tamiz térmico al modelado de simulación de tamaño de partículas en múltiples etapas reduce significativamente el tiempo de cálculo en un 86%. Esta reducción en el tiempo computacional puede aumentar potencialmente la eficiencia de las operaciones de perforación en el futuro. Nuestro estudio proporciona información sobre el comportamiento térmico del regolito helado lunar durante la perforación y propone un modelo numérico de transferencia de calor con un tamiz térmico que puede reducir efectivamente el tiempo computacional mientras asegura cálculos de temperatura precisos.
Descripción
Este documento presenta un análisis detallado de simulación térmica del proceso de perforación en suelo helado en la región polar lunar. El objetivo es investigar los cambios de temperatura que ocurren en el área de remoción de escombros durante el proceso de perforación. Desarrollamos un modelo de simulación de tamaño de partículas de múltiples niveles que incluye un tamiz térmico basado en restricciones geométricas para evaluar la influencia de la capacidad calorífica específica y la conductividad térmica en la temperatura de las partículas. Utilizando el método de diseño compuesto central, llevamos a cabo el diseño de prueba de simulación y analizamos la diferencia de temperatura promedio de las partículas dentro y fuera del rango del tamiz térmico. Los parámetros del modelo de elementos discretos se determinaron comparando la temperatura de la zona de remoción de escombros en el entorno lunar con la temperatura simulada por el método de elementos discretos. Los resultados muestran que la conductividad térmica del tamiz varía de 100 a 400 W/m, y la temperatura promedio dentro del tamiz térmico está negativamente relacionada con la capacidad calorífica específica. La desviación de temperatura del área de remoción de virutas es de +/-10 grados C, lo que es consistente con la desviación de temperatura observada en el entorno lunar y la prueba de perforación del regolito helado lunar. Además, la adición del tamiz térmico al modelado de simulación de tamaño de partículas en múltiples etapas reduce significativamente el tiempo de cálculo en un 86%. Esta reducción en el tiempo computacional puede aumentar potencialmente la eficiencia de las operaciones de perforación en el futuro. Nuestro estudio proporciona información sobre el comportamiento térmico del regolito helado lunar durante la perforación y propone un modelo numérico de transferencia de calor con un tamiz térmico que puede reducir efectivamente el tiempo computacional mientras asegura cálculos de temperatura precisos.