Değişken Yerçekimi Altında Uzay Aracı Elektroniği İçin Çoklu FDM Isı Alıcının Sayısal Analizi

Abstract

Faz değişim malzemeleri (FDM’ler), yüksek gizli ısı depolama kapasiteleri sayesinde uzay aracı elektroniğinin pasif ısıl yönetimi için cazip bir seçenektir. Bu çalışmada, değişken yerçekimi koşulları altında RT35HC, RT44HC ve RT54HC içeren üç katmanlı bir PCM ısı alıcısını incelemek amacıyla ANSYS Fluent ortamında zamana bağlı iki boyutlu bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) modeli geliştirilmiştir. Simülasyonlar, yerçekimi kaynaklı kaldırma kuvvetinin istiflenmiş PCM’lerin erime davranışı ve ısıl şarj performansı üzerindeki etkisini nicel olarak belirlemek için üç farklı yerçekimi ivmesi (g, g/4 ve g/16) altında gerçekleştirilmiştir. Sıvı kütle fraksiyonu ve sıcaklık alanları farklı zaman anlarında değerlendirilmiş; her bir PCM tabakası için bölge ortalamalı sıvı fraksiyonu ve ortalama sıcaklık zamana bağlı olarak karşılaştırılmıştır. Elde edilen sonuçlar, yerçekiminin erime cephesi morfolojisini, sıcaklık tabakalaşmasını ve katmanlı yapı boyunca dikey ısı taşınımının etkinliğini önemli ölçüde değiştirdiğini göstermektedir. Yerçekimi seviyesi ile tam erime performansı arasında monoton olmayan bir ilişki gözlemlenmiştir: ara yerçekimi durumu (g/4), en etkili genel ısıl şarjı sağlamış ve simülasyon süresi içinde üst katmanın erimesini tamamlamıştır. Buna karşılık, hem en düşük yerçekimi durumu (g/16) hem de 1g durumu aynı sürede üst bölgede kısmen erimiş halde kalmıştır. g/16 durumunda, kaldırma kuvvetinin baskılanması konvektif taşınımı sınırlandırmış ve yukarı doğru ısı nüfuzunu geciktirerek iletim ağırlıklı bir erime sürecine yol açmıştır. Her ne kadar 1g durumunda konveksiyon en güçlü olsa da, alt bölgede gözlenen salınımlı davranış ve daha düşük tabaka ortalamalı sıcaklıklar, kararsız yeniden dolaşım akımlarına ve yukarı yönde net ısıl nüfuzun azalmasına işaret etmekte; bu durum üst PCM tabakasının erime sürecini yavaşlatmaktadır. Bu bulgular, katmanlı PCM ısı alıcının ara yerçekimi seviyelerinde optimal bir konveksiyon rejimi sergileyebileceğini göstermekte ve düşük yerçekimi koşulları için ısı transferi iyileştirme stratejilerinin gerekliliğine dikkat çekmektedir.