مدل سازی عددی سیستم خنک کاری بازیابی برای موتورهای راکت

پژوهش حاضر به منظور شبیه سازی عددی احتراق اکسیژن مایع و متان گازی تحت شرایط فشار فوق بحرانی با استفاده از مدل احتراق فلیملت گاز حقیقی و مدل آشفتگی Realizable k-epsilon در محفظهی احتراق Mascotte و خنک کاری محفظه احتراق موتور راکت با استفاده از مدل بازیابی انجام شده است . نتایج حاصل از این پژوهش توسط نتایج عددی و آزمایشگاهی که در پژوهش های پیشین صورت گرفته صحت سنجی شده است. و همچنین به منظور بررسی استقلال از شبکه پژوهش حاضر برای سه نوع شبکه بندی مختلف بررسی شده که نتایج نشان دهنده عدم وابستگی حل، به شبکه بندی دارد. این مطالعه به دو بخش کلی مدل سازی احتراق تحت شرایط فشار فوق بحرانی در محفظه ی Mascotte و خنک کاری محفظه احتراق موتور راکت طبقه بندی شده است. در مدل عددی که برای صحت سنجی مسیله بررسی شده است طول شعله احتراق و زاویه پخش شعله با نتایج حاصل از پژوهش تجربی تطابق مناسبی دارد و پس از مدل سازی احتراق در محفظه ی Mascotte و اطمینان از صحت عملکرد مدل موردنظر به بخش اصلی پژوهش یعنی خنک کاری محفظه پرداخته شده است. روش خنککاری به کار گرفته شده در این پژوهش خنک کاری بازیابی است که از یک محفظه با 36 انژکتور و 30 مجرای خنک کاری استفاده شده که برای کاهش هزینه محاسباتی حل یک قطاع 30 درجه از این هندسه شبیه سازی شده است. در این پژوهش تاثیر نرخ جرمی جریان خنک کننده بر میزان خنک کاری محفظه بررسی شده است. با توجه به اینکه نرخ جرمی جریان و سرعت جریان خنک کننده از عوامل موثر بر میزان اثر بخشی خنک کاری میباشند، نتایج برای نرخ جرمی جریان از 0/55 کیلوگرم بر ثانیه تا 4/4 کیلوگرم بر ثانیه مورد مقایسه قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که برای نرخ جرمی جریان پایین 0/55) کیلوگرم بر ثانیه) به دلیل کمبود مقدار جریان خنک کننده، خنککاری به خوبی صورت نگرفته است، همچنین در نرخ جرمی جریان بالا 4/4) کیلوگرم بر ثانیه) نیز به دلیل بالا بودن سرعت جریان خنک کننده و اینکه فرصت کافی برای انتقال حرارت بین خنک کننده و محفظه وجود ندارد، خنک کاری به خوبی صورت نگرفته است. اما در جریاهای جرمی متوسط ( به عنوان مثال 1/1 و 2/2 کیلوگرم بر ثانیه) خنک کاری به خوبی صورت گرفته است. به عبارتی با توجه به اینکه افزایش میزان خنک کننده در اثر بخشی خنک کاری تاثیر چندانی نداشته است و به دلیل وجود محدودیت های اقتصادی و صرفه اقتصادی پیشنهاد میشود که به صرفه ترین حالت خنک کاری استفاده از جریان های جرمی با نرخ متوسط که همان 1/1 و2/2 کیلوگرم بر ثانیه است، به کار گرفته شود.

کلیدواژه ها:

محفظه احتراق راکت ، احتراق فوق بحرانی ، خنک کاری ، خنک کاری بازیابی ، نرخ جرمی جریان و حل عددی