شبیه سازی عددی جریان سرد یک محفظه احتراق گردابه های محبوس به منظور بهینه سازی هندسی در قوای محرکه نوین

محفظه احتراق گرداب محبوس (TVC) به عنوان یک فناوری نوین در سیستم های پیشرانش امکان دستیابی به احتراق پایدار با آلایندگی کم و افت فشار پایین را فراهم می کند، به ویژه در موتورهای پرسرعت مانند رمجت، اسکرمجت و رمجن که با جریان های مافوق صوت و هایپرسونیک سروکار دارند. این فناوری با ایجاد یک گرداب قفل شده در حفره پایداری شعله را حتی در شرایط رقیق تضمین کرده و از ناپایداری های احتراقی جلوگیری می نماید. هدف این مطالعه شبیه سازی جریان سرد غیر واکنشی یک محفظه TVC محوری برای بهینه سازی موقعیت حفره (نسبت فاصله دیسک انتهایی به قطر پیش بدنه (x/D)) است تا رژیم جریان پایدار با کمترین ضریب درگ حاصل شود. در این تحقیق هندسه ای شامل پیش بدنه با قطر ۱۰۱.۶ میلی متر، اسپندل مرکزی با قطر ۲۸.۶ میلی متر و طول ۱۲۷ میلی متر و دیسک انتهایی با قطر ۷۶.۲ میلی متر شبیه سازی شد. با استفاده از مدل آشفتگی (RANS) و شبکه محاسباتی با حدود ۹۰,۰۰۰ سلول، جریان ورودی با سرعت ۳۰.۵ متر بر ثانیه و دمای ۳۰۰ کلوین تحلیل گردید. نتایج نشان داد که با تغییر x/D از ۰.۲ تا ۰.۵ رژیم های جریان مختلفی شامل (Wake Backflow (WBF) ناپایدار، (Unsteady Cavity Vortex (UCV) با نوسانات زمانی، (Steady Cavity Vortex (SCV) پایدار و (Compressed Cavity Vortex (CCV) فشرده تشکیل می شود. رژیم بهینه SCV در موقعیت ۰.۳۵ با کمترین ضریب درگ و تبادل جرم کمینه حاصل گردید. این بهینه سازی پایه ای برای طراحی محفظه های فشرده تر با بازدهی بالاتر در موتورهای پرسرعت فراهم می آورد و مسیر شبیه سازی های آینده با جریان های واکنشی و تراکم پذیر همراه با امواج شوکی را هموار می سازد.

کلیدواژه ها:

احتراق پایدار ، آلایندگی کم ، جریان سرد ، شبیه سازی عددی ، احتراق گرداب محبوس