مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی عددی اثر عدد ماخ جریان آزاد بر عملکرد یک دهانه ورودی تراکم ترکیبی

نویسندگان
1 استادیار دانشکده مهندسی هوافضای دانشگاه شریف
2 دانشجوی دکترا دانشکده مهندسی هوافضا دانشگاه صنعتی شریف
چکیده
یکی از حوزه‌های بسیار مهم در طراحی آیرودینامیکی وسایل پرنده، بررسی عملکرد دهانه ورودی موتورها است. در این پژوهش، اثر عدد ماخ جریان آزاد روی پارامترهای عملکردی دهانه ورودی تقارن‌محوری مافوق صوت تراکم ترکیبی به‌صورت عددی بررسی شده است. برای این منظور کدی عددی بر مبنای روش حجم محدود چگالی مبنا توسعه داده شده که در آن گسسته‌سازی معادلات کامل ناویر-استوکس متوسط‌گیری شده به‌صورت صریح و در شبکه چندبلوکی باسازمان انجام شده است. برای محاسبه شارهای غیرلزج از روش‌ رو، برای افزایش دقت مکانی از روش ماسل همراه با محدود کننده ون آلبادا و برای مدل‌سازی آشفتگی از مدل اسپالارت-آلماراس استفاده شده است. اعتبارسنجی روش و کد معرفی شده برای سه نمونه آزمایشی نشان داده شده است. با استفاده از کد توسعه داده شده، شبیه‌سازی عددی جریان برای دهانه‌ی ورودی تراکم ترکیبی خاصی انجام شده و اثر عدد ماخ جریان آزاد بر پارامترهای عملکردی شامل نسبت دبی جرمی، ضریب پسا، بازیافت فشار و اعوجاج مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهد که با افزایش عدد ماخ جریان آزاد، بازیافت فشار و ضریب پسا کاهش و نسبت دبی جرمی و اعوجاج جریان افزایش می‌یابد. همچنین تغییرات اعوجاج نسبت به سایر پارامترهای عملکردی بسیار بارزتر است به نحوی که افزایش عدد ماخ از 1.8 به 2.2 باعث افزایش بیش از 100 درصدی اعوجاج می‌شود، درحالی که نسبت دبی جرمی کمتر از 10 درصد افزایش داشته است. کد توسعه یافته شده در این پژوهش، می‌تواند برای طراحی، مطالعه پارامتری و بهینه‌سازی هندسی دهانه ورودی مافوق‌صوت تقارن‌محوری مورد استفاده قرار گیرد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Effect of free stream Mach number on a mixed compression inlet performance

نویسندگان English

Abbas Ebrahimi 1
Majid Zare Chavoshi 2
2 Department of Aerospace Engineering, Sharif University of Technology
چکیده English

Inlet performance is an important field in aerodynamic design of aerial vehicle engines. This study has been focused on numerical investigation of Mach number effects on a supersonic axisymmetric mixed compression inlet performance. For this purpose, a density based finite volume CFD code has been developed. A structured multi-block grid and an explicit time discretization of Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations have been used. Furthermore, Roe’s approximated Riemann solver has been utilized for computing inviscid flux vectors. Also, the monotone upstream centered schemes for conservation laws (MUSCL) extrapolation with Van Albada limiter has been used to obtain second order accuracy. In addition, Spalart-Allmaras one-equation turbulence model has been used to close the governing equations. The code is validated in three test cases by comparing numerical results against experimental data. Finally, the code has been utilized for numerically simulation of a specific supersonic mixed compression inlet. The effects of free stream Mach number on performance parameters, including mass flow ratio (MFR), drag coefficient, total pressure recovery (TPR), and flow distortion (FD) have been discussed and investigated. Results show that Mach number increase, leads to TPR and drag coefficient decrease; however, MFR and FD increase. Also, FD variations with respect to other performance parameters are significant, such that Mach number increase from 1.8 to 2.2 leads to more than 100% FD increment while MFR has been increase less than 10%. By using this code, it will be possible to design, parametric study, and geometrical optimization of axisymmetric supersonic inlet.

کلیدواژه‌ها English

Mixed Compression Inlet
Supersonic Axisymmetric Flow
Multi-block Grid
Spalart-Allmaras Turbulent Model
Roe Flux Difference Splitting Method