A New Cooling Technique for Military Systems; Transpiration Cooling

Abstract

Development of new technologies causes an increase of heat loads of electronic systems in military systems. So applying new techniques to cool electronic systems is an obligation. For this reason, present study is focused on investigation of heat transfer from a porous plate by cooling of air and surface with transpiration cooling. Effects of Reynolds number of hot air (Re= 3035, 3200, 3300, 3580), temperature of air (Tair= 47, 57, 67, 77 ºC) on local wall temperature and cooling efficiency of porous flat and the system inside a rectangular channel with air as a hot gas stream and water as a coolant were investigated numerically and experimentally. Numerical model was validated and formed with RNG k-? model. It was observed that Reynolds number causes an increase on surface temperature and a decrease on cooling efficiency of porous plate. Increase of 15.2% on Reynolds number causes a decrease of efficiency of the system of 6.9%. Decreasing of inlet temperature causes not only a significant decrease on surface temperature but also a slight increase on cooling efficiency of the system. Increasing air inlet temperature of 9.4 % causes only an increase on efficiency of the system of 0.7%. It was also seen that numerical results generally have a good approximation with experimental results.

Gelişen yeni teknolojiler askerî sistemlerde kullanılan elektronik sistemlerin ısıl yüklerinin belirgin şekilde artmasına sebep olmaktadır. Böylece elektronik sistemlerin soğutulması için yeni teknikler kullanmak bir zorunluluk haline gelmektedir. Bu nedenle; bu çalışma havanın ve gözenekli (poros) plaka yüzeyinin terleme ile soğutma tekniği kullanılarak soğutulmasının incelenmesini hedeflemiştir. Dikdörtgen bir kanal içerisinde, havanın sıcak gaz akışı, suyun soğutucu olarak kullanıldığı bir durumda; havanın Reynolds sayısının (Re= 3035, 3200, 3300, 3580), hava giriş sıcaklığının (Thava= 47, 57, 67, 77 ºC) yerel plaka yüzey sıcaklığı ve gözenekli plaka ve sistem soğutma verimine etkileri sayısal ve deneysel olarak incelenmiştir. Doğrulanmış sayısal model olarak RNG k-? türbülans modeli kullanılmıştır. Reynolds sayısı arttıkça, plaka yüzey sıcaklığında artış ve gözenekli plaka soğutma veriminde ise bir düşüş olduğu gözlenmiştir. Reynolds sayısında % 15,2'lik bir artış, sistem soğutma veriminde % 6,9'luk bir düşüşe sebep olmuştur. Giriş hava sıcaklığının azaltılması yalnızca yüzey sıcaklığında önemli bir düşüşe sebep olmamış, aynı zamanda sistem soğutma veriminde de kısmi bir artışa sebep olmuştur.