Title of article :
CFD Simulation of a Multi-mesh Pulse Tube Regenerator
Author/Authors :
Mousavi, B Department of Civil Engineering - University of Colorado Denver, Denver , Alemrajabib, A A Department of Mechanical Engineering - Isfahan University of Technolog, Isfahan , Jafarian, A Department of Mechanical Engineering - Tarbiat Modares University, Tehran , Arablu, M Department of Mechanical Engineering - University of North Carolina Charlotte, Charlotte , Behjatian, A Department of Mechanical Engineering - Southern Illinois University, Carbondale
Issue Information :
فصلنامه با شماره پیاپی سال 2015
Abstract :
During the last two decades, inertance tube pulse tube cryocoolers (ITPTC) applications in astronautics
instruments gained momentum due to their high reliability. Moreover, significant efforts were made in
order to improve ITPTCs operation. Investigations showed that most losses occur in the regenerator
part. Due to complexity of physics of these losses, effects of the regenerator efficiency on the
cryocooler performance were investigated in this work. Tocalculate heat transfer between solid matrix
and acting fluid in the regenerator, Dual Energy Equation (DEE) model was used. Calculation of
entropy flow inside the regenerator showed that almost 85% of the energy losses are due to viscous and
inertial losses besides most of the energy losses occuring in its hot end. Therefore, in order to optimize
the system, multi-mesh regenerator was studied. Results showed that under fixed CHX wall
temperature of 150 (K), COP of the PTC with optimum multi-mesh regenerator is 1.07 times higher
than the value of uniform mesh regenerator ITPTC. A precise agreement was observed between
simulation results and available experimental data published in the literature.
Farsi abstract :
طي دو دهه اخير، سردساز لوله ضرباني لوله اينرتنسي به دليل قابليت اعتماد بالا كاربرد بسيار وسيعي در صنايع هوا فضا يافته است. به همين جهت تلاش هاي زيادي جهت توسعه اين سيستم صورت گرفته است. بررسي ها نشان داده است كه بيشترين تلفات اين سيستم در قسمت بازياب كه محيطي متخلخل است صورت مي گيرد. بدليل پيچيدگي فيزيك اين تلفات، اثرات بازده بازياب بر عملكرد سردساز با استفاده از روش CFD مورد بررسي قرار گرفت. جهت محاسبه انتقال حرارت چابجايي در محيط بازياب از هر دو روش تك معادله اي و دو معادله اي بهره گرفته شد. محاسبه نرخ توليد انتروپي در محيط متخلخل بازياب نشان داد كه 85% تلفات بازياب ناشي از تلفات ويسكوز و اينرسيال است و همچنين مقدار اين تلفات در انتهاي گرم بازياب اتفاق مي افتد. بنابراين، جهت بهبود عملكرد سردساز روش بازياب با مش چندگانه مورد مطالعه قرار گرفت. نتايج حاصل از شبيه سازي ها تحت شرايط دمايي 150 كلوين ديواره CHX مقدار ضريب عملكرد سردساز با بازياب با مش چندگانه بهينه 07/ 1 برابر سردساز ساده است. مقايسه نتايج شبيه سازي ها با مقادير آزمايشگاهي و مقادير عددي منتشر شده در نشريات درستي نتايج شبيه سازي حاضر را تاييد كرد.
Keywords :
Pulse Tube , Cryocooler , Multi Mesh Regenerator , Oscillating Flow
Journal title :
Astroparticle Physics
