مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی اثر محدود کننده جریان برگشتی در عملکرد راه‌اندازی آزمایشگاه شبیه‌ساز ارتفاع

نویسنده
کارشناس پژوهشی/پژوهشگاه فضایی ایران
چکیده
غالباً، در لحظه روشن شدن یک موتور در آزمایشگاه شبیه‌ساز ارتفاع، جریان گازهای احتراقی از هد دینامیکی کافی برای برقراری جریان مافوق‌صوت در دیفیوزر خروجی گاز این آزمایشگاه برخوردار نیست. در این حالت، وقوع پدیده جریان برگشتی به داخل محفظه خلاء اجتناب‌ناپذیر است. جریان برگشتی گازهای دما بالا به محفظه خلاء، علاوه بر از بین بردن خلاء مطلوب و کاهش دقت اندازه‌گیری‌ها، زمان راه‌اندازی دیفیوزر را نیز به تعویق می‌اندازد و ممکن است به سیستم‌های اندازه‌گیری آسیب برساند. در تحقیق حاضر ابتدا با شبیه‌سازی عددی فرآیند روشن شدن موتور در داخل یک آزمایشگاه شبیه‌ساز ارتفاع، پدیده جریان برگشتی در این سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است. در گام بعدی، با نصب مانع محدود کننده جریان برگشتی با ارتفاع مختلف در محل ورودی محفظه خلاء، تاثیر آن در کاهش نرخ جریان برگشتی و عملکرد راه‌اندازی دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، راهکار مانع جریان برگشتی یکطرفه برای اولین بار در این تحقیق ارائه شده و میزان بهبود عملکرد راه‌اندازی دیفیوزر با راهکار مزبور مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی‌های عددی حاضر نشان می‌دهد که استفاده از مانع جریان برگشتی عادی علی‌رغم تاثیر قابل توجه آن در کاهش بیشینه فشار و دمای محفظه خلاء، کاهش چشم‌گیری در زمان راه‌اندازی دیفیوزر ایجاد نمی‌کند. حتی با حضور این مانع حالت پایای مطلوب در محفظه خلاء با تاخیر ایجاد می‌شود. در حالیکه بکارگیری مانع جریان برگشتی یکطرفه علاوه بر حفظ مزیت‌های روش عادی، کاهش قابل توجهی در زمان راه‌اندازی دیفیوزر و رسیدن به فشار مطلوب در محفظه خلاء ایجاد می‌کند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Numerical investigation of back flow arrester effect on altitude test simulator starting performance

نویسنده English

Nematollah Fouladi
چکیده English

During transient phase of motor burning in an altitude test simulator, the low momentum exhaust combustion gases could not establish supersonic flow in the exhaust diffuser. This leads to a reverse flow of the exhaust gases into the vacuum chamber through the annular gap between nozzle and diffuser walls. This spoils the vacuum in the chamber and it is potentially dangerous for measurement instruments inside the vacuum chamber. In this research; at the first, the physics of the flow at initial transient phase of motor burning is investigated numerically and the backflow phenomenon is illustrated. Then, the influences of backflow arrester (BFA) in variations of vacuum chamber pressure and temperature are studied at the transient starting phase. It has been found that applying BFA to decrease the backflow to the vacuum chamber has no significant effect on starting time of the diffuser but it has strong effect on peak pressure and temperature reduction of the vacuum chamber. It is although found that attaining to the steady condition in vacuum chamber is delayed with this instrument. However, using one-way backflow arrester of reasonable size, both the starting time of diffuser and the peak temperature of the vacuum chamber experience a strong reduction. Although, the vacuum chamber steady condition is accelerated with this alternative. Therefore, this device is more suitable than conventional BFA for transient starting phase of the altitude test simulators.

کلیدواژه‌ها English

Altitude test simulator
backflow arrester
diffuser starting time
Computational Fluid Dynamics