Μελέτη θερμικής και ρευστοδυναμικής ροής σε τροφοδοτικό υψηλής τάσης με εισαγωγή ανεμιστήρων και διαμόρφωση ψηκτρών κάνοντας χρήση του πακέτου OpenFoam
Loading...
Date
2026-07-08
Authors
Σακελλάρης, Δημήτριος
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Abstract
Η θερμική διαχείριση των τροφοδοτικών υψηλής τάσης (HVPS) αποτελεί κρίσιμο παράγοντα για την ασφάλεια και την αξιοπιστία συστημάτων σε ιατρικές, βιομηχανικές και επιστημονικές εφαρμογές. Η παρούσα εργασία παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη προσέγγιση για τη θερμική και ρευστοδυναμική μελέτη και τη βελτιστοποίηση της ψυκτικής ικανότητας μιας τέτοιας μονάδας, η οποία απαρτίζεται από στοιχεία υψηλής ισχύος, ανεμιστήρες και ψήκτρες. Αρχικά, πραγματοποιείται θεωρητική ανάλυση των θεμελιωδών ροϊκών χαρακτηριστικών των ανεμιστήρων και στη συνέχεια υλοποιείται η τρισδιάστατη αριθμητική προσομοίωση με τη χρήση του λογισμικού ανοικτού κώδικα OpenFOAM. Το λογισμικό αξιοποιείται ως το κύριο εργαλείο προσομοίωσης με την εφαρμογή της μεθόδου συζευγμένης μεταφοράς θερμότητας (Conjugate Heat Transfer – CHT), η οποία επιτρέπει την ταυτόχρονη επίλυση της τυρβώδους ροής του αέρα και της αγωγής θερμότητας στα στερεά εξαρτήματα. Η ροή μοντελοποιείται μέσω των εξισώσεων RANS σε συνδυασμό με το μοντέλο τύρβης k-omega SSΤ και τον υπολογιστικό αλγόριθμο PIMPLE. Η ανάπτυξη του αριθμητικού μοντέλου περιλαμβάνει τη γεωμετρική διαμόρφωση της διάταξης και την κατασκευή του πλέγματος, τον καθορισμό των αρχικών και συνοριακών συνθηκών, καθώς και τον προσδιορισμό των φυσικών ιδιοτήτων (physical Properties) και των ιδιοτήτων τύρβης (turbulence Properties). Στην συνέχεια, προσδιορίζονται τα χαρακτηριστικά των θερμικών πηγών (fvModels), οι χρονικές και λειτουργικές παράμετροι (controlDict) και εισάγονται ορισμένα εργαλεία εποπτείας της επίλυσης (functionObjects). Τέλος, επιλέγονται τα αριθμητικά σχήματα διακριτοποίησης (fvSchemes), οι γραμμικοί λύτες και οι αλγόριθμοι που χρησιμοποιούνται στο πρόβλημα (fvSolution). Στο πλαίσιο της αποτίμησης των αποτελεσμάτων διεξάγεται μελέτη ανεξαρτησίας πλέγματος, αναδεικνύεται η διαδικασία εύρεσης της βέλτιστης διάταξης ανεμιστήρων και διαμόρφωσης ψήκτρων και διερευνάται η επίδραση παραμέτρων όπως η χωροταξία των μονάδων ψύξης, η απόδοση αερισμού και η κατανομή των θερμοκρασιακών πεδίων στα κρίσιμα σημεία των στοιχείων ισχύος. Με βάση τη βέλτιστη αυτή ψυκτική διάταξη επιλέγονται τα κατάλληλα εμπορικά μοντέλα αξονικών ανεμιστήρων που μπορούν να ανταπεξέλθουν στην απομάκρυνση του θερμικού φορτίου και διενεργείται διεξοδική μετα-επεξεργασία των ροϊκών και θερμικών χαρακτηριστικών, εξετάζοντας την εξέλιξη της σύγκλισης των residuals, τις μέγιστες θερμοκρασίες και ταχύτητες αλλά και παραμέτρους, όπως η y+ και wallHeatFlux. Η μελέτη ολοκληρώνεται με την αξιολόγηση της αποτελεσματικότητας της εφαρμοσμένης θερμικής διαχείρισης και τη διατύπωση προτάσεων για μελλοντική ερευνητική διερεύνηση.
Description
Keywords
Τροφοδοτικά υψηλής τάσης, Συζευγμένη μεταφορά θερμότητας, Ανεμιστήρες, Ψήκτρες, Μοντέλο τύρβης k-omega SSΤ, Θερμική διαχείριση