مدل سازی و شبیه سازی انتقال حرارت مخازن کرایوژنیک اکسیژن مایع با استفاده از CFD

مخازن کرایوژنیک از پرکاربردترین تجهیزات صنعتی در حوزه های نفت، گاز، پتروشیمی و هوافضا می باشند. نوعی از این مخازن برای ذخیره سازی اکسیدکننده و سوخت در موشک پیشرانه مایع به کار می رود. به دلیل دمای پایین، فشار بالا و شرایط عملیاتی غیرمتعارف، مطالعه تجربی انتقال حرارت مقرون به صرفه نمی باشد و عدم امکان انجام تحقیقات در مقیاس آزمایشگاه ضرورت بهره گیری از شبیه سازی دینامیک سیالات محاسباتی را اجتناب ناپذیر کرده است. در این مقاله با استفاده از مدل سازی و شبیه سازی CFD ، رفتار حرارتی مخازن کرایوژنیک اکسیژن مایع در شرایط عملیاتی شامل نگهداری، حین پرتاب و استقرار مداری مطالعه و ارزیابی شده است. شبیه سازی پس از فرآیند استقلال از مش با پنج شرط عملیاتی متفاوت برای 200 ثانیه واقعی صورت گرفت. با فرض حالت ترمودینامیکی دو فازی اشباع برای سیال کرایوژنیک مشاهده گردید که اثر مارانگونی در شرایط باشتاب گرانش، سهم بسیار کمی در انتقال حرارت دارد و میتوان از آن صرف نظر کرد، درحالی که در شرایط بی وزنی این اثر، سهم قابل توجهی در انتقال حرارت دارد.

کلیدواژه ها:

مخازن کرایوژنیک ، اکسیژن مایع ، مدل سازی ، شبیه سازی ، دینامیک سیالات محاسباتی ، انتقال حرارت جابجایی آزاد ، اثر مارانگونی