شبیه سازی عددی اختلاط و احتراق در شرایط فوق بحرانی در محفظه مدل

در این پژوهش، به مطالعه عددی اختلاط و احتراق در شرایط فوق بحرانی پرداخته شده است. رفتار سیال در شرایط فوق بحرانی بسیار پیچیده است. در این شرایط، کشش سطحی مایع صفر می شود و خواص ترمودینامیکی آن مانند ظرفیت حرارتی و چگالی به شدت دچار تغییر می شود. بدین منظور دو هندسه RCM۰۱و RCM۰۳انتخاب شده است که به­ترتیب جریان غیرواکنشی فواره فوق بحرانی نیتروژن در فشار حدود ۶۰ بار و جریان واکنشی فوق بحرانی هیدروژن گازی-اکسیژن مایع، که در آن فشار محفظه ۶۰ بار و بالاتر از فشار بحرانی هیدروژن و اکسیژن است، بررسی شده است. در مطالعه پاشش فواره  نیتروژن، و با گسسته­سازی مرتبه دوم معادلات حاکم، مدل های مختلف اغتشاشی بررسی شده و مشاهده شده است که مدل  نتایج بهتری درخصوص پیش بینی ناحیه لایه برشی، تشکیل گردابه های کناری و درنتیجه اختلاط ارائه می دهد. پیش بینی بهتر مدل  می تواند ناشی از تخمین بهتر جمله مربوط به گرانروی آشفتگی در فرض بوزینسک باشد. همچنین، مشاهده شده است که میزان بازشدگی فواره ورودی وابسته به نحوه پیش بینی گردابه مجاور دیواره در مدل های اغتشاشی مختلف است. هرچقدر میزان گردابه تخمین زده­شده بزرگ تر باشد، اختلاط در هسته مرکزی جریان با نرخ کمتری صورت می گیرد و نمودارهای مربوط به توزیع چگالی دیرتر یکنواخت خواهد شد. همچنین، در بررسی جریان واکنشی LOX-GH۲، مدل های اغتشاشی مختلف و همچنین معادله حالت های مختلف برای بررسی این شرایط، مطالعه شده است. عملکرد مدل های مختلف اغتشاشی در پیش بینی شکل شعله و توزیع دما بررسی شده و دیده شده است که مدل  عملکرد بهتری در پیش بینی شکل شعله، در شرایطی که از گسسته­سازی مرتبه اول بالادست معادلات استفاده شد، دارد. اثر اعمال شرایط گاز حقیقی با شرایط گاز ایدئال در پیش بینی شکل شعله به خوبی نمایان می سازد که فرض گاز ایدئال در یک احتراق فوق بحرانی خطای زیادی در تخمین شکل و طول شعله به­همراه دارد. همچنین، معادلات مختلف پیشنهادشده برای رفتار گاز حقیقی در هر دو آزمایش بررسی شد که مدل SRKدارای نزدیک ترین نتایج به داده های تجربی موجود است.  

Keywords:

حتراق , فوق بحرانی , معادله حالت حقیقی , معادله اغتشاشی , پاشش و اختلاط , هیدروژن و اکسیژن مایع