مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

مدلسازی ناپایای ترمودینامیکی فشارگذاری یک مخزن با کمک احتراق

نویسنده
محمد شفیعی دهج
دانشگاه ولی عصر-
چکیده
روش فشارگذاری دمش شیمیایی یک روش فشارگذاری مخزن بوسیله احتراق در داخل آن می باشد، این روش در مقایسه با تمام روش‌های مرسوم فشارگذاری ساده‌تر (عدم نیاز به مبدل، مخزن ذخیره بزرگ و... ) و از لحاظ وزن بسیار سبک‌تر می‌باشد. از کاربردهای این روش می‌توان به فشارگذاری مخازن پیشران ماهواره‌برها، مراحل بالای راکت‌ها و موشک‌های هوا به زمین و ... اشاره نمود. در این تحقیق به بررسی ترمودینامیکی سیستم فشارگذاری دمش شیمیایی در حالت ناپایا پرداخته شده است. برای این منظور ابتدا یک کد نرم‌افزاری تدوین شده است که برای مخازنی که شعاع آنها بین 13 (شعاع مخزن آزمایشگاهی) تا 60 اینچ (شعاع مخزن واقعی) باشد، قابل استفاده می‌باشد. با نوشتن کد عددی برای حل معادلات حاکم بر جریان ناپایا درون مخزن سوخت و اکسنده، نحوه مناسب تزریق واکنشگر به درون مخزن برای تامین فشار مورد نیاز به دست آمده است. همچنین با در نظر گرفتن انتقال حرارت از گاز بالشتک به سطح مایع و دیوار مخزن، دمای گاز بالشتک و دیوار مخزن نیز تعیین شده است. در نهایت نتایج عددی به دست آمده با داده های آزمایشگاهی مقایسه شده اند که مطابقت خوبی بین آنها مشاهده می شود.
کلیدواژه‌ها
فشارگذاری
دمش شیمیایی
ترمودینامیکی
گذرا

موضوعات

عنوان مقاله English

Thermodynamic transient modeling of tank pressurization by combustion

چکیده English

Main tank injection (MTI) is a pressurization method which employs through combustion inside a reservoir. MTI is simpler and lighter as compared with the common pressurization methods, hence make in suitable for mission launching applications. In this study we evaluated the MTI pressurization system based on unsteady-thermodynamics approach. We used a numerical code which can be performed for the vessels with diameter in the range of 13inch to 60 inch. The proper model for regent injection into the tank in order to provide the demand pressure of the tank is acquired through transient thermodynamics equations. Composition and properties of the pressurizing gas and rate of ullage saturation with propellant vapors are reported based on extensive mass spectrometer gas analysis, an investigation of propellant-degradation due to the reaction process and dilution by condensate is also-Included. The algorithm also obtains the ullage gas temperature and the wall temperature of the tank by using the heat transfer between the ullage gas, the liquid inside the tank, and tank wall. Finally the numerical results are compared with the experimental data, while shows a good agreement between.

کلیدواژه‌ها English

Pressurization
Main tank injection
Thermodynamic
Transient
[1] R. J. Kenny, Main Propellant Tank Pressurization System Study and Test Program, DTIC, Ohio, pp. 12-36, 1961.
[2] R. J. Kenny, Development and Demonstration of Main Tank Injection (MTI) Pressurization System, Martin-Marietta Company, Ohio, pp. 537-569, 1963.
[3] R. J. Kenny, J. Winkler, P. Bingham, Main Tank Injection Pressurization of High Energy Propellants, Marshall Space Flight Center, Huntsville, pp. 110-123, 1966.
[4] R. J. Kenny, P. A. Friedman., Chemical Pressurization of Hypergolic Liquid Propellants", Spacecraft and Rockets, Vol. 2, No. 5, pp. 568-576, 1968.
[5] W. H. Roudebush. An Analysis of the Problem of Tank Pressuriza- tion During Outflow. NASA TN D-2585, Ohio, pp.148-254, 1965.
[6] D. W. Kendle. A Tank Pressurization Computer Program for Research Applications. DAC-63076, Ohio, pp.98-154, 1968.
[7] D. A. Fester , J. C. Howell, Main tank injection for packaged liquid missiles. Spacecraft and Rockets, Vol. 6, No. 5 , pp. 596-602, 1969.
[8] E. C. Cady. An Investigation of Fluorine-Hydrogen Main Tank Injection Pressurization. NASA CR- 72408,Ohio, pp.1-89, 1968.
[9] E. C. Cady, D. W. Kendle, Vehicle-Scale Investigation of a Fluorine-Hydrogen Main Tank Injection Pressurization System, NASA CR-72756,Ohio, pp.358-388, 1970.
[10] E. C. Cady, D. W. Kendle, Vehicle- Scale Investigation of a Fluorine Jet- Pump Liquid Hydrogen Tank Pressurization System, NASA CR- 120947,Ohio, pp.246-301, 1972.
[11] E. C. Cady and D. W. Kendle, Vehicle-Scale Investigation of a Fluorine-Hydrogen Main Tank Injection Pressurization System, Spacecraft and Rockets, Vol. 9, No. 3, pp. 158-164, 1972.
[12] H. E. Barber. Hydrogen Tank Pressurizing Gas Injector. NASA CR-72998, Ohio, pp.132-156, 1971.
[13] P. A. Friedman, Fortran Program for the Analysis of a Single-Propellant Tank Pressurization System, Rocketdyne, Huntsville, pp. 55-93, 1964.
[14] D. A. Fester and P. E. Bingham, Main Tank Injection (MTI) Pressurization of Liquid Rocket Propellant Tanks, 54th International Astronautically Congress of the International Astronautically Federation, Bremen,. Germany, September 29- October 3, 2003.
[15] C. San Marchi, , A. Harris, , M. Yip, B. P. Somerday, K. A. Nibur, Pressure cycling of steel pressure vessels with gaseous hydrogen, In ASME Pressure Vessels and Piping Conference, pp. 835-844, 2012.
[16] A.C. Majarena-Bello, F. J. Brosed-Dueso, A. Suelves-Albert, J. Santolaria-Mazo, Programming of a robotic cell for welding of complements to steel tanks under pressure, DYNA- Engineering and Industry, Vol. 89, No. 6, pp. 427- 739, 2014.
مهندسی مکانیک مدرس
دوره 18، شماره 7
آبان 1397
صفحه 30-40