Ingeniero aeronáutico de la UPC lidera avance en un prototipo clave para enfriar sistemas aeroespaciales
La investigación computacional, dirigida por Arnau Miró, profesor de la división de ingeniería aeroespacial del departamento de física y miembro del grupo de investigación TUAREG, se publicó en International Journal of Thermal Sciences en colaboración con el departamento de CASE en el Barcelona Supercomputing Center. Como dice Arnau Miró, sus esfuerzos se centran en entender "cómo enfriar las cosas del futuro utilizando los jets sintéticos" con un interés especial por aquellos que además actúan como accionadores de otros sistemas.
La capacidad de manipular la forma en que se mueve un fluido para mejorar la eficiencia o el rendimiento aeronáutico y la necesidad de soluciones de refrigeración compactas en ingeniería mecánica y aeroespacial, que además deben cumplir con exigentes requisitos en su rendimiento usando volúmenes compactos, son temas de una enorme transcendencia tecnológica. Durante los últimos años de la década de los 90 y principios de la de 2000, se realizaron muchos estudios con respecto a un dispositivo que tenía el potencial de abordar esta necesidad tecnológica: el Actuador de Jet Sintético (SJA). Este prototipo consiste en una cavidad con un diafragma que se mueve mecánicamente, cuya actuación cambia el volumen de la cavidad periódicamente, causando que el fluido externo entre y salga a través de una pequeña ranura. Bajo ciertas condiciones, se crea un chorro sin la adición de flujo de masa, lo que permite la transferencia de energía cinética y el impulso a un medio fluido sin la necesidad de sistemas de tuberías.
Los patrones y estructuras que tiene el fluido que resultan de la interacción de las corrientes que entran y salen de la cavidad con el flujo externo son muy complejas y necesitan simulaciones computacionales muy importantes para poder comprender las propiedades del movimiento del fluido y, por lo tanto, las capacidades de enfriamiento del SJA. A. Miró se centra especialmente en investigar las capacidades de enfriamiento de un jet sintético encerrado entre dos placas paralelas con una diferencia de temperatura impuesta. En el artículo publicado en International Journal of Thermal Sciences, realizado en colaboración con el departamento CASE del Barcelona Supercomputing Center donde se realiza la simulación, se resuelven las ecuaciones tridimensionales no-estacionarias de Navier-Stokes junto con un modelo adecuado de la membrana. Esto permite obtener, por primera vez con precisión, los perfiles de velocidad y temperatura en la salida del SJA. El grupo ha encontrado una estructura tipo vórtice que desempeña un papel importante en la limitación del mecanismo que permite una óptima transferencia de calor y que los trabajos anteriores podrían haber sobreestimado lo bueno que puede ser el proceso de enfriamiento. Estos resultados son clave para futuras mejoras en el prototipo.
Arnau Miró es miembro el grupo de investigación 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
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