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Staged impingement arrays for novel heat exchanger designs

Schlesier, Hans-Martin und Brakmann, Robin und Schöffler, Robin und Bhapkar, Sahil (2025) Staged impingement arrays for novel heat exchanger designs. 15th EASN Conference, 2025-10-14 - 2025-10-17, Madrid, Spanien. doi: 10.5281/zenodo.17977560.

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Kurzfassung

To expand options for lightweight and compact Heat Exchangers (HEX) in modern electric aviation, a novel HEX design inspired by gas turbine applications is introduced. The new design utilizes opposed and staged impingement arrays to achieve efficient heat transfer. Staging, where the spent air from one array feeds subsequent ones, critically enables the design of impingement heat exchangers (iHEX) for a broader range of operating points and provides multiple design solutions for specific applications, which is not feasible with conventional single-stage configurations.\\ To leverage this potential, accurate design tools are paramount. Therefore, this study numerically investigates the effect of staging on pressure loss and heat transfer using Computational Fluid Dynamics (CFD). A variety of staged impingement array topologies are simulated over a range of Jet Reynolds numbers from 1500 up to 10000 using the RANS k-Omega SST model in Ansys Fluent. The method is validated with experimental data for a single-stage impingement configuration and a Grid Convergence study. The results for Nusselt number and pressure loss of multistage impingement arrays are benchmarked against established correlations, evaluating their applicability to staged configurations. This data is crucial to evaluate the proposed correlations for Nusselt number and pressure loss of impingement arrays for the implementation in pre-design tools of staged impingement heat exchangers.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/221469/
Dokumentart:Konferenzbeitrag (Vortrag)
Titel:Staged impingement arrays for novel heat exchanger designs
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schlesier, Hans-Martinhans-martin.schlesier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0009-0004-8319-7343NICHT SPEZIFIZIERT
Brakmann, RobinRobin.Brakmann (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-3598-0742NICHT SPEZIFIZIERT
Schöffler, RobinRobin.Schoeffler (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0931-9021NICHT SPEZIFIZIERT
Bhapkar, Sahilsahil.bhapkar (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Nein
In ISI Web of Science:Nein
DOI:10.5281/zenodo.17977560
Status:akzeptierter Beitrag
Stichwörter:Heat Exchangers; Impingement Cooling; single stage impingement array; multistage impingement array; pressure loss; Nusselt number; Computational Fluid Dynamics
Veranstaltungstitel:15th EASN Conference
Veranstaltungsort:Madrid, Spanien
Veranstaltungsart:internationale Konferenz
Veranstaltungsbeginn:14 Oktober 2025
Veranstaltungsende:17 Oktober 2025
Veranstalter :The European Aerospace Science Network (EASN)
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: Göttingen
Institute & Einrichtungen:Institut für Antriebstechnik > Turbine
Institut für Elektrifizierte Luftfahrtantriebe > Komponententechnologien
Hinterlegt von: Schlesier, Hans-Martin
Hinterlegt am:22 Dez 2025 12:37
Letzte Änderung:22 Dez 2025 14:41

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