بررسی عددی تاثیر مدل های احتراقی و آشفتگی در تخمین مشخصه های احتراقی پیشرانه غنی از سوخت- مطالعه موردی: سامانه رمجت

تنوع پدیده های فیزیکی چندگانه در محفظه احتراق نظیر سینتیک شیمیایی، انتقال حرارت (همرفت و تابش)، تعدد فاز، تجزیه حرارتی در غیاب اکسیژن (پیرولیز) مربوط به سوخت جامد با تجمع و انباشتگی ذرات و فیلم مایع از چالش های احتراق در سامانه های احتراقی هواتنفسی (رم جت)می باشند. درک فرآیندهای فیزیکی و شیمیایی درگیر در احتراق برای پیش بینی فرایندهای فیزیکی حاکم بر جریان سیال، شروع احتراق، نرخ آزاد شدن حرارت، تشکیل شعله، نرخ پسروی سوخت و غلظت گونه های تولیدشده در طول احتراق موردنیاز است. به موجب الزام در حل هم زمان مدل های احتراقی و آشفتگی اعمال روش های عددی در تحلیل معادلات حاکم، زمینه ساز حصول برخی نتایج شامل پیش بینی تاثیر متغیرها، خصوصیات عملکردی و ویژگی های احتراقی و در نهایت دسترسی به بازده احتراق پیشرانه غنی از سوخت در سامانه های رم جتی است. در بررسی واکنش های شیمیایی محفظه احتراق، پیرولیز پلی بوتادین خاتمه یافته با هیدروکسیل (HTPB) مدنظر بوده و نهایتا احتراق برای محصول پیرولیز بر پایه مدل و مکانیسم سینتیک های شیمیایی کاهش یافته ادامه می یابد. سپس به منظور تشخیص مدل های برتر در پیش بینی مناسب مشخصه های احتراق با به کارگیری هر دو مدل احتراقی نظیر اضمحلال گردابه ای و شیمی نرخ محدود، همراه با بررسی عددی مدل های آشفتگی شاملK-ɛ استاندارد و sst K-ω برای محفظه احتراق، یک مقایسه تطبیقی میان نتایج شبیه سازی با داده های محیط محاسباتی تعادل شیمیایی ناسا (CEA) انجام شد. نتایج نشان دادند که مدل نرخ محدود به دلیل نادیده گرفتن اثرات آشفتگی جریان و میزان اختلاط سوخت و هوا در محفظه احتراق، مشخصات احتراقی رمجت سوخت جامد را با خطای زیادی نسبت به مدل اتلاف گردابه ای پیش بینی می کند. با توجه به نتایج ترمودینامیکی و احتراقی، وضعیتK-ω /Eddy dissipation مطابقت خوبی با نتایج CEA داشت.

Keywords:

رمجت سوخت جامد , محفظه احتراق , تجزیه گرمایی , مدل اضمحلال گردابه ای , مدل شیمی نرخ محدود