مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

ارائه طرحی جدیدو تحلیل حرارتی - مکانیکی برای تکیه‌گاه‌های داخلی مخازن ذخیره مایعات برودتیتی

نویسندگان
1 گروه مکانیک, دانشکده مهندسی مکانیک, دانشگاه صنعتی جندی شاپور دزفول, دزفول, ایران
2 دانشگاه صنعتی مالک اشتر- آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل سوختی، فریدونکنار، ایران
3 کارشناس ارشد، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران
4 پژوهشگر، آزمایشگاه تحقیقاتی فناوری پیل‌سوختی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، فریدونکنار
چکیده
اختلاف زیاد بین دمای محیط و مایعات برودتی در مخازن ذخیره این مایعات موجب می‌شود تا انتقال حرارت از طریق تکیه‌گاه‌های بین مخزن داخلی و خارجی از اهمیت بالایی برخوردار باشد. در کنار انتقال حرارت پایین، استحکام بالا نیز از جمله پارامترهای مهم در طراحی تکیه‌گاه‌های مخازن برودتی محسوب می‌شود. مواد پلیمری از لحاظ پایین بودن ضریب رسانایی شرایط مطلوبی دارند اما از نظر خواص مکانیکی دارای استحکام پایین‌تری نسبت به فولادها هستند. هدف این تحقیق ارائه یک تکیه‌گاه جدید مرکب جهت استفاده در مخازن برودتی است که از نظر انتقال حرارت و استحکام بیشترین بازده را داشته باشد. در این طرح، تکیه‌گاه از دو قسمت پلیمری و فولادی چند لایه‌ ساخته شده است. مقاومت حرارتی بین لایه‌ها در قسمت فولادی، انتقال حرارت این بخش از تکیه‌گاه را محدود می‌کند. برای محاسبه میزان دقیق مقاومت حرارت تماسی بین لایه‌ها در فشارها و دماهای مختلف، یک مدل تحلیلی توسعه یافته است. مدل المان محدود مکانیکی-حرارتی برای مطالعه انتقال حرارت تکیه‌گاه پیشنهادی توسعه یافته و به‌ کمک کد المان محدود ANSYS حل شده است. نتایج المان محدود شامل توزیع دما و شار حرارتی عبوری برای تکیه‌گاه پیشنهادی و یک تکیه‌گاه پلیمری مقایسه شده‌اند. نتایج شار حرارتی عبوری کاهش میزان شار حرارتی عبوری از تکیه‌گاه مرکب پیشنهادی در بارگذاری استاتیک مخزن را در مقایسه با تکیه‌گاه ساخته شده از بلوک پلیمری نشان می‌دهد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

A new design and thermo-mechanical coupled analysis for internal supports of the cryogenic fluids tanks

نویسندگان English

Vahid Norouzifard 1
Ebrahim Alizadeh 2
Seyed Meysam Hosseini 3
Mohammad Rezaei Firozjaee 4
Seyed Hossein Masrori Saadat 4
1 Mechanical Engineering department, jundi-shapur thechnical university, Dezful, Iran
2 Fuel cell Technology Research laboratory, Malek Ashtar University of Technology,Fereydoonkenar, Iran
3 MSc, K.N.Toosi University of Technology, Tehran, Iran.
4 Researcher, Fuel cell Technology Research laboratory, Malek Ashtar University of Technology,Fereydoonkenar, Iran
چکیده English

Heat transfer through the internal supports of the cryogenic fluid tanks is an important issue in the tank design and manufacture. On the other hand, the internal supports strength should be enough to stand safely against the forces applied to the internal tank. From the heat insulation point of view, most of the polymers are suitable materials to use in the internal supports. But the low mechanical strength of the most of the polymers limits the life of the supports made from polymers. In this paper, a new composite support made from steel and polymer is presented for the internal supports. Multilayered design of the steel part of the presented supports controls the heat transfer through this part by adding more thermal contact resistance (TCR) to the heat flow path. An analytical model is developed to calculate TCR between layers of the steel part at various pressure and temperature conditions. A thermo-mechanical coupled finite element (FE) model is developed for the proposed support and solved by ANSYS FE code. Temperature distribution and heat flux of the presented support are investigated by FE analysis results. Heat flow through the new support design is compared with the heat flow of the supports constructed with polymer blocks. Comparison of the heat flow results shows that the amount of heat transferred to the cryogenic tank through the internal supports in the static loading condition decreases when using proposed composite design instead of polymer blocks.

کلیدواژه‌ها English

Cryogenic tanks
Thermal contact resistance
thermo-mechanical analysis
Internal support
Finite element analysis