مدلسازی جریان و انتقال حرارت یک نانوسیال در کانالهای خنک کننده لوله جنگ افزار توپ

یکی از راه های بهبود کارایی سلاح، کنترل دمای لوله آن میباشد. در طول زمان شلیک مقدار زیادی از گرمای ناشی از انفجار به لوله وسایر قطعات منتقل میشود. دمای شعله ناشی از انفجار در مواقعی تا دمای 5600 درجه سانتیگراد میرسد. مشکلات ناشی از افزایش دما، از قبیلفرسایش بیش از حد سطح لوله به میزان قابل توجهی عملکرد سلاح را محدود میکند. این عامل در طولانی مدت باعث کاهش دقت وتخریب سلاح میشود. بنابراین خنککاری در سلاح های توپخانه، عامل موثر در افزایش طول عمر و همچنین افزایش مدت زمانماموریتهای فردی و کاهش زمان ریکاوری بین ماموریتها میباشد. اساساً فرآیند خنک کاری لوله را می توان به دو دسته منفعل وغیرمنفعل تقسیم کرد. روشهایی مانند آبکاری کروم با ایجاد یک سد حرارتی بین سوخت گاز گرم و فولاد به منظور کاهش انرژی حرارتیورودی، از جمله اقدامات غیرمنفعل است. استفاده از باله های خنک کننده روی لوله برای افزایش اتلاف حرارتی توسط هوا وهمچنین خنک کاری توسط آب برای افزایش طول عمر لوله یک اقدام منفعل است برای خنک کاری پوسته لوله سلاح توسط آب می توان از جریان سیال در کانالهای تعبیه شده در حالتهای مختلف، استفاده کرد. بررسی اثر استفاده از سیال خنک کننده بر میزان انتقال حرارت و جریانسیال در این تجهیزات از اهمیت ویژهای برخوردار است. تبادل حرارت بین لوله و کانالهای خنک کننده موضوع بررسی اینپژوهش می باشد. در این پژوهش ابتدا به تاریخچه توپ و مدل های سلاح توپ رایج در ارتشهای دنیا پرداخت شده و به چندین موردخنک کاری توسط آب در سلاح اشاره شده است. در این پژوهش برای اجرای فرآیند خنک کاری با استفاده از جریان سیال سه روش پیشنهاد شده است. این روشها شامل جریان لایه ای در کانال حلقوی، جریان در لوله های موازی و جریان در لوله مارپیچ می باشد. میزان انتقال حرارت در هر یک از این روشها با استفاده از محاسبات تئوری به دست آمده و در حالت های مختلف با هم مقایسه شده است. در انتها این روشها با هم مقایسه شده و روش اپتیمم معرفی شده است. با توجه به اینکه در سالهای اخیر نوع جدیدی از سیالات با عنوان نانوسیال با راندمان حرارتی بالاتر به صنعت معرفی شده است، در این پژوهش سعی خواهد شد تاثیر استفاده از این نوع سیالات بر انتقال حرارت لوله، مورد بررسی قرار گیرد.ایده به کارگیری کانال های انتقال دهنده حرارت با استفاده از نانوسیال در پوسته لوله توپ، ایده جدیدی است که در این پژوهشبه آن پرداخته شده است. در این پژوهش یک برنامه کامپیوتری ارائه شده است که با استفاده از آن می توان به طراحی این سیستمخنککننده در شرایط کاری مختلف پرداخت. در نهایت نتایج تحت شرایط مختلف کاری محاسبه شده و در قالب نمودارهای مختلف ارائهشده است.

کلیدواژه ها:

طراحی سیستم خنک کننده ، برنامه کامپیوتری ، نانو سیال ، انتقال حرارت ، پوسته لوله توپ