مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی جریان در آزمایشگاه شبیه‌ساز ارتفاع در زمان خاموشی موتور

نویسنده
کارشناس پژوهشی/پژوهشگاه فضایی ایران
چکیده
در تحقیق حاضر عملکرد یک آزمایشگاه شبیه‌ساز ارتفاع در زمان خاموش شدن یک موتور با رویکرد شبیه‌سازی عددی جریان مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل عددی غیردائم جریان گازهای احتراقی در هسته اصلی شبیه‌ساز ارتفاع (دیفیوزر گلوگاه ثانویه و محفظه آزمایش) با پروفیل فشار-زمان خاموشی موتور انجام شده است. فیزیک جریان در این سیستم و عملکرد دیفیوزر مورد استفاده در تخلیه خودکار گازهای احتراقی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی‌های عددی حاضر نشان می‌دهند که علی‌رغم اینکه دیفیوزر مزبور در فشار احتراق بالایی راه‌اندازی می‌شود، در زمان خاموشی موتور در فشار احتراق به مراتب پایین‌تری از حالت راه‌اندازی خارج می‌شود. با برگشت گازهای گرم به داخل محفظه آزمایش، دمای متوسط سیال داخل محفظه تا K 2200 افزایش می‌یابد. این میزان افزایش دمای سیال داخل محفظه آزمایش ممکن است به ابزارهای اندازه‌گیری موجود در آن آسیب برساند. در ادامه تحقیق، تاثیر نصب محدود کننده جریان برگشتی با ارتفاع مختلف در تغییرات دمایی سیال داخل محفظه آزمایش در زمان خاموشی موتور مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که تاثیر نصب این مانع در کاهش دمای متوسط سیال محفظه آزمایش چشم‌گیر است، به طوری-که با نصب یک مانع با ارتفاع مناسب، دمای سیال در محفظه به کمتر از یک سوم برابر حالت بدون استفاده از محدود کننده کاهش می‌یابد.
کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله English

Numerical investigation of flow transient phase of motor burnout in an altitude test simulator

نویسنده English

Nematollah Fouladi
Researcher, Iranian space research institute
چکیده English

In this research, the performance study of an altitude test simulator at transient phase of motor burnout is conducted by numerical approach. Using a time dependent pressure profile of a motor in burnout phase, the unsteady exhaust flow is simulated in the main sections of the altitude test simulator, i.e. high expansion ratio nozzle, second throat exhaust diffuser, and vacuum chamber. Present investigation shows that in spite of the high pressure starting condition of the altitude simulator, the supersonic flow in the diffuser tends to breakdown at relatively low combustion pressure in the motor terminating phase. At the breakdown condition, the nozzle exhaust hot gases directed into the vacuum chamber through the annular gap between nozzle and diffuser walls. Present simulation shows that the overall temperature of fluid in vacuum chamber is reached up to 2000 K after the motor burnout. Really, It is potentially dangerous for measurement instruments inside the vacuum chamber. Furthermore; in this research, the influences of backflow arrester (BFA) in variations of vacuum chamber temperature are studied at this transient terminating phase. It has been shown that, the BFA can decrease the exhaust streaming into the chamber in initial breakdown periods. Results show that utilizing a suitable BFA size, the safe temperature condition could be established in vacuum chamber during and after the transient terminating phase of motor.

کلیدواژه‌ها English

Altitude test simulator
supersonic diffuser
motor burnout
Numerical simulation
backflow arrester
[1] B. H. Park, J. H. Lim, W. Yoon, Fluid dynamics in starting and terminating transients of zero-secondary flow ejector, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, No. 1, pp. 327–339, 2008.
[2] R. Ashokkumar, S. Sankaran, K. Srinivasan, T. Sundararajan, Effects of Vacuum Chamber and Reverse Flow on Supersonic Exhaust Diffuser Starting, Journal of Propulsion and Power, Vol. 31, No. 2, pp. 750-754, 2015.
[3] N. Fouladi, A. Mohamadi, H. Rezaei, Numerical investigation of pre-evacuation influences of second throat exhaust diffuser, Journal of fluid mechanics and aerodynamics, In press, 2017. (In Persianفارسی)
[4] B. H. Park, J. H. Lee, W. Yoon, Studies on the starting transient of a straight cylindrical supersonic diffuser: Effects of diffuser length and pre-evacuation state, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 29, No. 5, pp. 1369–1379, 2008.
[5] B. H. Park, J. Lim, S. Park, J. H. Lee, W.S. Yoon, Design and analysis of a second-throat exhaust diffuser for altitude simulation, Journal of Propulsion and Power, Vol. 28, No. 5, pp. 1091-1104, 2012.
[6] N. Fouladi, Numerical investigation of backflow arrester influences on altitude test simulator starting performance, Modares mechanical engineering, Vol. 17 ; No. 7, pp. 185-196, 2017. (in Persian).
[7] P. George, Sutton, rocket propulsion elements, John Wiley & Son, IN, 7th edition, 2001.
[8] Propulsion research group, Arash 22 motor development serial tests, Tehran, Space Transportation Research Institute, Upper Stage IranSat2 project, Report number: STRI-SC9SDC11Y/01-R-I-03/49, pp. 1-41, 2016.
[9] N. Fouladi, A. Mohamadi, H. Rezaei, Numerical design and analysis of supersonic exhaust diffuser in altitude test simulator, Modares Mechanical Engineering, Vol. 16 ; No. 8, pp. 159 -168, 2016. (In Persianفارسی )
[10] S. Sankaran, T. N. V. Satyanarayana, K. Annamalai, K. Visvanathan, V. Babu, T. Sundararajan, CFD analysis for simulated altitude testing of rocket motors, Canadian Aeronautics and Space Journal, Vol. 48, No. 2, pp 153-162, 2002.
[11] M. Farajijalal, Design and fabrication of an experimental model of higjh altitude simulation thrust stand, MSc Thesis, Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology, Tehran, 2017. (in Persianفارسی)