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Structural Assessment of a Compact Offset Strip Fin Heat Exchanger for Hydrogen Fuel Cell Electric Aircraft

Bhapkar, Sahil und Patkar, Siddarth und Kober, Markus und Kazula, Stefan (2025) Structural Assessment of a Compact Offset Strip Fin Heat Exchanger for Hydrogen Fuel Cell Electric Aircraft. EASN 2025, 2025-10-14 - 2025-10-17, Madrid.

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Kurzfassung

Hydrogen fuel cells offer strong potential for decarbonizing aviation, yet their megawatt-scale integration is limited by thermal management system (TMS) challenges. In low-temperature Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) systems, the heat exchanger (HEX) is the key TMS component influencing thermal efficiency, mass, and reliability. While prior work has focused on thermo-hydraulic optimization, structural behavior under flight conditions remains insufficiently addressed. This study introduces a coupled CFD–FEA methodology for a nacelle-integrated, megawatt-class plate–fin HEX. The model captures the effects of non-uniform thermal loads, constrained thermal expansion, and dynamic excitation. Local flow-induced vibrations are assessed through pre-stressed modal analysis, and global dynamic behavior is predicted using a homogenized approach. Results show that thermally induced stresses dominate over pressure loads, and introduction of coolant-fin geometries with suitable expansion tolerances mitigate stress and vibration risks. The approach provides design guidance for structurally robust, vibration-tolerant, and aero-thermally efficient HEXs for next-generation PEMFC-powered aircraft.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/220608/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Structural Assessment of a Compact Offset Strip Fin Heat Exchanger for Hydrogen Fuel Cell Electric Aircraft
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Bhapkar, Sahilsahil.bhapkar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Patkar, SiddarthNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Kober, MarkusMarkus.kober (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2297-5936NICHT SPEZIFIZIERT
Kazula, Stefanstefan.kazula (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-9050-1292NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Referierte Publikation:Nein
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
Status:akzeptierter Beitrag
Stichwörter:Structural analysis, fatigue analysis, Compact Heat Exchanger, Electrified aviation
Veranstaltungstitel:EASN 2025
Veranstaltungsort:Madrid
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:14 Oktober 2025
Veranstaltungsende:17 Oktober 2025
Veranstalter :ISMB19
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Luftfahrt
HGF - Programmthema:Umweltschonender Antrieb
DLR - Schwerpunkt:Luftfahrt
DLR - Forschungsgebiet:L CP - Umweltschonender Antrieb
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):L - Komponenten und Emissionen
Standort: Cottbus
Institute & Einrichtungen:Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe > Komponententechnologien
Hinterlegt von: Ragotzky, Sabine
Hinterlegt am:08 Dez 2025 15:08
Letzte Änderung:08 Dez 2025 15:08

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