بررسی عددی و تجربی اثر هندسه بخش واگرای نازل بر جریان سیال و انتقال حرارت درون نازل

فخاری, محمدمهدی; بکائی, حمیدرضا; شهریاری, بهروز

بررسی عددی و تجربی اثر هندسه بخش واگرای نازل بر جریان سیال و انتقال حرارت درون نازل

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

محمدمهدی فخاری ¹

حمیدرضا بکائی ²

بهروز شهریاری ³

¹ گروه مکانیک، دانشکده مهندسی، دانشگاه بیرجند، بیرجند، ایران

² گروه هوافضا، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

³ گروه طراحی کاربردی و سازه‌های هوایی، مجتمع دانشگاهی مکانیک، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

چکیده

در این مقاله اثر هندسه بخش واگرای نازل بر جریان سیال و انتقال حرارت درون نازل همگرا- واگرا به صورت عددی و تجربی بررسی شده است. شبیه‌سازی به صورت حل جریان متقارن محوری مافوق صوت درون نازل همگرا- واگرا انجام شده است. شرایط حاکم بر جریان درون نازل در این پژوهش به صورت دوبُعدی برای یک جریان آشفته تک‌فاز و حالت پایا در نظر گرفته شده است. سیال عامل محصولات احتراق سوخت جامد با شرایط گاز ایده‌آل و تراکم‌پذیر است. میدان جریان به کمک نرم‌افزار فلوئنت با فرمول‌بندی ضمنی شبیه‌سازی شده است. در این پژوهش دو نازل همگرا- واگرا مورد ارزیابی قرار گرفته که بخش واگرای یک نازل به صورت مخروطی و یک نازل به صورت زنگوله‌ای شکل است. مقادیر پارامترهای محاسبه‌شده در شبیه‌سازی با آزمون‌های آزمایشگاهی مقایسه شده است. با توجه به نتایج حاصل از شبیه‌سازی و مقادیر به دست آمده در آزمون تجربی خطا کمتر از ۴% است که در حد قابل قبول و مناسبی است. با توجه به نتایج به دست آمده دقت شبیه‌سازی جریان در نازل‌ها دارای مقادیر مناسب است.

کلیدواژه‌ها

نازل همگرا- واگرا

بررسی عددی و تجربی

جریان سیال

انتقال حرارت

20.1001.1.10275940.1398.20.2.24.3

موضوعات

عنوان مقاله English

Numerical and Experimental Investigation of the Effect of Nozzle Divergent Section Geometry on Fluid Flow and Heat Transfer within the Nozzle

نویسندگان English

M.M. Fakhari ¹

H.R. Bokaei ²

B. Shahriari ³

¹ Mechanical Engineering Department, Engineering Faculty, University of Birjand, Birjand, Iran

² Aerospace Department, Mechanical Engineering Faculty, Malek Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran

³ Applied Design & Aerospace Structure Department, Mechanical Engineering Faculty, Malek Ashtar University of Technology, Isfahan, Iran

چکیده English

In this paper, the effect of nozzle divergent section geometry on fluid flow and heat transfer within the convergent-divergent nozzle numerically and experimentally is investigated. Axisymmetric supersonic flow simulation for the converging-diverging nozzle is conducted. The flow field is a steady turbulent two-dimensional flow. The working fluid is a combustion product and is considered as a compressible ideal gas. The flow field is simulated using the commercial code FLUENT. The equations are discretized implicitly with the second order of accuracy. In this study, two convergent-divergent nozzles have been analyzed that the divergent part of one is a cone-shaped and the other is bell-shaped. The calculated parameters in the simulation have been compared with the experimental results. Based on the simulation results and the values obtained in the experimental test, the error is less than 4% that is acceptable and appropriate. According to the results, flow simulation accuracy is appropriate.

کلیدواژه‌ها English

Convergent-divergent nozzle

Numerical and Experimental Study

Fluid Flow

Heat Transfer

Karimi Mazrae Shahi H, Razaghi B. Basics of solid fuel engine design. Tehran: Pishro Fanavari Ghaed; 2014. [Persian] [Link]

Davenas A. Solid rocket propulsion technology. Oxford: Pergamon; 1992. [Link] [DOI:10.1016/B978-0-08-040999-3.50019-9]

Sutton GP, Biblarz O. Rocket propulsion elements. Hoboken: John Wiley & Sons; 2011. [Link]

Kallmeyer TE, Sayer LH. Difference between actual and predicted pressure-time history of solid rocket motors. 18th Joint Propulsion Conference, 21-23 June 1982, Cleveland, OH, USA. Reston: AIAA; 1982. [Link] [DOI:10.2514/6.1982-1094]

Greatrix DR, Gottlieb JJ. Erosive burning model for composite-propellant rocket motors with large length-to-diameter ratios. Canadian Aeronautics and Space Journal. 1987;33(3):133-142. [Link]

Johnstone WA. Solid rocket motor internal flow during ignition. Journal of Propulsion and Power. 1995;11(3):489-496. [Link] [DOI:10.2514/3.23869]

Pazooki F, Novin-Zadeh AB, Labibian A. Internal ballistic simulation of a solid propellant motor. Journal of Aerospace Science and Research. 2008;1(1):31-37. [Persian] [Link]

Mostofizadeh AR, Abasi M. Numerical modeling of ignition process in solid propellant motor in transient mode. Journal of Energetic Materials. 2007;2(2 suppl 2):27-41. [Persian] [Link]

Moradi H, Karimi H. Simulation and modeling of internal ballistic for a specific solid propellant missile [Dissertation]. Khajenaseer University of Technology; 2006. [Persian] [Link]

Heydari MR, Adami AH. Specific grain analysis and rapid internal ballistic simulation for solid motor. Journal of Space Science & Technology. 2013;5(3 suppl 12):67-80. [Persian] [Link]