مدل سازی و حل تحلیلی فرآیندهای انتقال حرارت و جرم در مخازن پیشران مایع

سیستم های تغذیة موتور به دو دسته کلی؛ سیستم تغذیة فشاری و سیستم تغذیة توربوپمپی تقسیم می شوند. در سیستم تغذیة فشاری , تحت فشار وارده به سطح پیشران درون مخزن، پیشران مایع درون خطوط تغذیه رانده شده و با فشار و دبی مناسب به پشت صفحه انژکتور موتور انتقال می یابد. در سیستم های تغذیة توربوپمپی , پمپ ها وظیفة رساندن پیشران با فشار و دبی ورودی مناسب به موتور را بر عهده دارند . به طور کلی در سیستم های تغذیه توربوپمپی فشار درون مخزن بسیار کمتر از حالتی است که از سیستم تغذیه فشاری استفاده می شود . در سیستم های تغذیه فشاری، فشار درون مخزن از فشار محفظه احتراق بیشتر می باشد و از همین رو است که استحکام مخازن در این سیستم ها بیش از استحکام مخازن در سیستم های تغذیه توربوپمپی است . استفاده از سیستم تغذیه توربوپمپی در موشک های سوخت مایع با عملکرد پیوسته (غیر پا لسی) بیشتر مورد توجه است . کاهش فشار مخزن مزایای زیادی در پی دارد که از آن جمله می توان به کاهش ضخامت جداره مخزن و سبک شدن وزن مخزن، هم چنین کاهش جرم سیال عامل مورد نیاز برای تامین فشار مخزن اشاره نمود . در سیستم های تغذیه توربوپمپی به منظور حفظ عملکرد پمپ ها و جلوگیری از وقوع پدیده کاویتاسیون لازم است تا مقدارحداقلی از فشار که تضمین کننده عملکرد صحیح پمپ ها است، در مخزن تامین گردد و از این رو است که در ساختار این نوع از سیستم های تغذیه نیز از سیستم های فشارگذاری استفاده می شود. سیستم های فشار گذاری مخازن پی شران به سه دسته سیستم فشار گذاری گازهای ذخیره خنثی، سیستم فشارگذاری تبخیر پیشران و سیستم فشارگذاری با استفاده از محصولات احتراق تقسیم بندی می شوند. در مراجع ۱ تا ۳ این سیستم ها به همراه اجزاء و نیازمندیهای کلی آنها به تفصیل مورد بررسی قرارگرفته اند. هرچند مدل ارائه شده در مقاله حاضر با اندکی تغییرات برای توصیف فرآیندهای جاری در مخارن پیشران هر سه سیستم فشارگذاری مورد اشاره قابل استفاده است اما تاکید بر سیستم فشارگذاری مخازن سوخت با استفاده از محصولات احتراق است . در شکل ۱ نمونه ای از سیستم فشار گذاری مخازن پیشران با استفاده از محصولات احتراق مولد گاز نشان داده شده است . در این سیستم محصولات احتراق تولید شده در مولد گاز اصلی موتور که جهت راندن مجموعه توربوپمپ به کار می رود، برای فشارگذاری مخزن سوخت نیز استفاده می شود. به این منظور محصولات احتراق پس از عبور از توربین وارد میکسر گردیده و در آنجا سوخت به صورت اسپری به آن اضافه شده، پس از کاهش دمای محصولات احتراق، مخلوط حاضر به مخزن پیشران هدایت می شود. در این مقاله به مدل سازی فرآیندهای جاری در مخازن پیشران به هنگام فشارگذاری مخازن توسط محصولات احتراق مولد گاز پردا خته شده است . از آنجا که مخلوط گازی مورد استفاده برای فشارگذاری مخازن، در میکسر غنی از بخارات سوخت می گردد و بنابراین مخلوط گازی از شرایط ایده آل انحراف دارد لذا مخلوط به صورت مخلوط واقعی در نظر گرفته می شود