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Multi-fluid, single phase thermal flow simulation of geometrical-induced effects on a TPMS-UHTC heat exchanger in a corrosive environment
Feliciano Morales, Guillermo
Feliciano Morales, Guillermo
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Abstract
In this work, the thermal performance of a Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) – Ultra-High Temperature Ceramic heat exchanger was studied by estimating the heat transfer
coefficient when two fluids are flowing inside of the system in a counter-flow configuration. The two fluids in consideration are a binary composition of a KCl-MgCl2 salt, which will act as the hot reservoir, and steam, which is the cold reservoir. The heat exchanger was modeled as tungsten carbide. An indirect approach to modeling corrosion caused by the molten salt is proposed. A wide array of temperature and mass flow conditions were simulated, as well as varying degrees of system wall thickness with respect to system size. Results show a direct correlation between the heat rate and the corrosion damage, and it suggests that the salt needs to travel a relatively small distance in order for it to reach equilibrium.
En este trabajo, el desempeño termal de un intercambiador de calor con geometrÃa interna de Superficie Minimal Triple y Periódica (TPMS, por sus siglas en inglés) hecho de un cerámico de temperatura ultra-alta (UHTC, por sus siglas en inglés) fué estudiado al estimar el coeficiente de transferencia de calor al tener dos fluid fluyendo dentro del sistema en una configuración contraflujo. Los dos fluidos en consideración son una composición binaria de una sal compuesta de KCl-MgCl2, la cual actuará como la reserva caliente, y vapor de agua, la cual es la reserva frÃa. El intercambiador de calor está modelado como carburo de tungsteno. Se propone un método indirecto para modelar corrosión causado por la sal fundida. Un amplio rango de condiciones de temperaturas y flujos de masa serán simuladas, al igual que distintos grados de grosor de pared con respecto al tamaño del sistema. Los resultados muestran una correlación directa entre la transferencia de calor y el daño causado por la corrosión y sugiere que la sal necesita fluir una distancia relativamente pequeña para llegar a equilibrio.
En este trabajo, el desempeño termal de un intercambiador de calor con geometrÃa interna de Superficie Minimal Triple y Periódica (TPMS, por sus siglas en inglés) hecho de un cerámico de temperatura ultra-alta (UHTC, por sus siglas en inglés) fué estudiado al estimar el coeficiente de transferencia de calor al tener dos fluid fluyendo dentro del sistema en una configuración contraflujo. Los dos fluidos en consideración son una composición binaria de una sal compuesta de KCl-MgCl2, la cual actuará como la reserva caliente, y vapor de agua, la cual es la reserva frÃa. El intercambiador de calor está modelado como carburo de tungsteno. Se propone un método indirecto para modelar corrosión causado por la sal fundida. Un amplio rango de condiciones de temperaturas y flujos de masa serán simuladas, al igual que distintos grados de grosor de pared con respecto al tamaño del sistema. Los resultados muestran una correlación directa entre la transferencia de calor y el daño causado por la corrosión y sugiere que la sal necesita fluir una distancia relativamente pequeña para llegar a equilibrio.
Description
Date
2025-04-23
Journal Title
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Keywords
Heat exchanger, Triply periodic minimal surface, Molten salt, Ultra-high temperature ceramic, Corrosion