مطالعه عددی اثر تحریک جریان ورودی بر عملکرد یک انژکتور هم محور برشی تحت شرایط گذربحرانی

مطالعه دینامیک جت های گذربحرانی و فرابحرانی، به سبب گستردگی کاربرد آن ها در موتورهای راکتی سوخت مایع، از اهمیت بالایی برخوردار است. برخلاف شرایط فروبحرانی که در آن با پاشش سیال به داخل محفظه و جدا شدن لیگامنت ها از سطح مایع و شکست آن ها به قطرات، فرآیند ناپایداری جت و تکمیل عملیات اسپری سیال صورت می گیرد، در شرایط فرابحرانی هیچ اثری از وجود قطره مشاهده نمی شود. در این مقاله، جهت مطالعه دینامیک اختلاط جت های گذر/فرابحرانی تحت شرایط تحریک، ابتدا فرکانس های غالب میدان جریان ناشی از یک انژکتور هم محور برشی دوپایه، با قرار دادن پراب هایی شناسایی شده و در ادامه مولفه سرعت ورودی پیشرانه ها با این فرکانس غالب نوسانی شده است. مولفه مرکزی این انژکتور، نیتروژن کرایوژنیک مایع (به عنوان اکسنده) و مولفه پیرامونی آن نیتروژن گازی (به عنوان سوخت) است. حل عددی و سه بعدی این مسئله با درنظر گرفتن یک قطاع ۳۵ درجه ای و استفاده از مدل LES برای توربولانس و همچنین معادله حالت پنگ-رابینسون و روش چانگ به ترتیب برای تعیین خواص ترمودینامیکی و انتقالی سیال واقعی صورت گرفته است. آنالیز نتایج شبیه سازی نشان می دهد که اعمال نوسانات موجب بزرگ تر شدن ساختارهای گردابه ای ناشی از ناپایداری کلوین-هلمهولتز، خصوصا در جت گازی فرابحرانی شده و اختلاط آشفته تقویت می شود. همچنین دیواره حرارتی پیرامون جت سرد مرکزی، که ناشی از پدیده شبه جوشش بوده و با بیشینه Cp تعیین می شود، ضعیف تر شده و این موضوع به تبادل بهتر و بیشتر انرژی به هسته جت مرکزی و بهبود اختلاط جت کمک می کند.

کلیدواژه ها:

دینامیک جت ، رژیم گذربحرانی ، اختلاط آشفته ، نوسانات سرعت