Enginyer aeronàutic de la UPC lidera avanç en un prototip clau per a refredar sistemes aeroespacials
18/02/2019
La recerca computacional, dirigida per Arnau Miró, professor de la divisió d'enginyeria aeroespacial del departament de física i membre del grup de recerca TUAREG, es va publicar a l'International Journal of Thermal Sciences en col·laboració amb el departament de CASE al Barcelona Supercomputing Center. Com diu Arnau Miró, els seus esforços se centren a entendre "com refredar dispositius aeroespacials del futur utilitzant els jets sintètics" amb un interès especial per aquells que a més actuen accionant d'altres sistemes.
La capacitat de manipular la forma en què es mou un fluid per a millorar l'eficiència o el rendiment aeronàutic i la necessitat de solucions de refrigeració compactes en enginyeria mecànica i aeroespacial, que a més han de complir amb exigents requisits en el seu rendiment utilitzant volums compactes, són temes d'una enorme transcendència tecnològica. Durant els últims anys de la dècada dels 90 i principis de la de 2000, es van realitzar molts estudis respecte a un dispositiu que tenia el potencial d'abordar aquesta necessitat tecnològica: l'Actuador de Jet Sintètic (SJA). Aquest prototip consisteix en una cavitat amb un diafragma que es mou mecànicament, l'actuació del qual canvia el volum de la cavitat periòdicament, causant que el fluid extern entre i surti a través d'una petita ranura. Sota certes condicions, es crea un doll sense l'addició de flux de massa, la qual cosa permet la transferència del seu impuls i energia cinètica a un mitjà fluid sense la necessitat de sistemes de canonades.
Els patrons i estructures que té el fluid, resultants de la interacció dels corrents que entren i surten de la cavitat amb el flux extern, són molt complexes i necessiten simulacions computacionals molt importants per a poder comprendre les seves propietats i, per tant, les capacitats de refredament del SJA. A. Miró se centra especialment a investigar les capacitats de refredament d'un jet sintètic tancat entre dues plaques paral·leles amb una diferència de temperatura imposada. A l'article publicat a International Journal of Thermal Sciences, realitzat en col·laboració amb el departament de Computer Applications in Science & Engineering del Barcelona Supercomputing Center, es resolen les equacions tridimensionals no-estacionàries de Navier-Stokes juntament amb un model adequat de la membrana. Això permet obtenir, per primera vegada amb precisió, els perfils de velocitat i temperatura en la sortida del SJA. El grup ha trobat una estructura tipus vòrtex que exerceix un paper important en la limitació del mecanisme que permet una òptima transferència de calor i que els treballs anteriors podrien haver sobreestimat quant de bo pot ser el procés de refredament. Aquests resultats són clau per fer futures millores en el prototip.
Arnau Miró és membre el grup de recerca interdepartamental Turbulence and Aerodynamics in Mechanical and Aerospatial Engineering (TUAREG).
Numerical study of heat transfer from a synthetic impinging jet with a detailed model of the actuator membrane
Comparteix: