شبیه سازی و حل عددی محفظه احتراق موتور گردابه ای و بررسی انتقال حرارت آن

موسویان, داود; احمدی نوحدانی, مرتضی

شبیه سازی و حل عددی محفظه احتراق موتور گردابه ای و بررسی انتقال حرارت آن

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

داود موسویان ¹

مرتضی احمدی نوحدانی ²

¹ دکتری، دانشکده هوافضا ، دانشگاه هوایی شهید ستاری، تهران، ایران

² دانشجوی دکتری، دانشکده هوافضا ، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

یکی از روش‌های نوین خنک‌کاری دیواره محفظه احتراق استفاده از جریان گردابه‌ای دو جهته در محفظه احتراق می‌باشد. افزایش پایداری احتراق، کاهش دمای دیواره محفظه احتراق، کاهش افت‌ها، افزایش کارآیی و یکنواخت بودن احتراق از خصوصیات موتور گردابه‌ای می‌باشد. همچنین حجم شعله در موتور گردابه‌ای در شرایط مشابه از حجم شعله در موتورهای محوری معمول بیشتر است و با وجود شعله بزرگ‌تر در موتور گردابه‌ای، به علت وجود جریان گردابه‌ای سرد خارجی، دمای دیواره محفظه احتراق از دمای دیواره موتور محوری پایین‌تر است. در این مقاله با شبیه‌سازی و حل عددی محفظه احتراق یک موتور گردابه‎ای خاص در شرایط تک فاز گازی با سوخت هیدروژن و اکسیدکننده اکسیژن و با فرض جریان غیرقابل تراکم و صرف‌نظر از اثر نازل، میدان جریان در داخل محفظه احتراق بررسی ‌شده است. بررسی خطوط جریان نشان‌دهنده‌ی یک گردابه اجباری در مرکز هسته و یک گردابه آزاد در اطراف هسته است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد گام خطوط جریان در نزدیکی سقف، بسیار کوچک و شدت چرخش جریان زیاد است و باعث به حداکثر رسیدن میزان اختلاط سوخت و اکسیدکننده می‌گردد. شعله در محاصره گردابه خارجی است. در محفظه شبیه سازی شده با افزایش فاصله از لبه پله به سمت سقف، اختلاط واحتراق افزایش یافته و به تبع آن افزایش دمای دیواره را خوهیم داشت. همچنین با حرکت از دیواره‌ها به سمت مرکز محفظه احتراق فشار کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها

موتور گردابه‌ای

جریان چرخشی دو جهته

محفظه احتراق

حل عددی

20.1001.1.28211553.1403.3.1.1.2

موضوعات

تعمیر و نگهداری موتور، بال و بدنه وسایل پرنده های بدون سرنشین/تکنولوژی/ساخت/...

عنوان مقاله English

Simulation and Numerical Study of Heat Transfer in the Vortex Combustion Chamber

نویسندگان English

davood moosavian ¹

Morteza Ahmadi Nohedani ²

¹ Dr., Department of Aerospace Engineering, Shahid satari University, Tehran, Iran.

² Department of Aerospace Engineering, Malek-Ashtar University of Technology, Tehran, Iran

چکیده English

A new method for cooling the combustion chamber walls, it is cooled by the bidirectional vortex Flow. Combustion stability, reducing the temperature of the combustion chamber walls and reduces losses and increase efficiency and uniformity are the properties of the vortex combustion engine. In similar circumstances the volume of flame the vortex engine is greater than the volume of flame at common axial engine. However; temperature of the Wall of the combustion chamber of the vortex engines less than temperature of the Wall of the combustion chamber of the engine Axial. Because cooled by the external vortex. In this study, was carried out Simulation and Numerical Solution the combustion chamber a special vortex engine in conditions single phase gaseous to fuel hydrogen and oxidant oxygen and assuming incompressible flow and irrespective of effect nozzle In order to simplify for review conditions governing on flow the combustion chamber. Examination of the streamlines shows a forced vortex in the center of the core and a free vortex around the core. The simulation results show that the pitch of the Stream lines near the roof is very small and the intensity of the flow rotation is high, which causes the maximum mixing of fuel and oxidizer. The flame is surrounded by an external vortex. In the simulated chamber, by increasing the distance from the edge of the stairs to the ceiling, the mixing and combustion will increase, and as a result, we will have an increase in the temperature of the wall.

کلیدواژه‌ها English

Vertex engine

bidirectional vortex Flow

Combustion chamber

Numerical Study

[1] Harvey, J. K., “Some Observations of the Vortex Breakdown Phenomenon,” Journal of Fluid Mechanics, Vol. 14, 1962, pp. 585-592.

[2] Bloor, M. I. G., and Ingham, D. B., “Theoretical Investigation of the Flow in a Conical Hydrocyclone”, Transactions of the Institution of Chemical Engineers, Vol. 51, pp. 36-41, 1973.

[3] Kelsall, D. F., “A Study of Motion of Solid Particles in a Hydraulic Cyclone,” Transactions of the Institution of Chemical Engineers, Vol. 30, pp. 87-103, 1952.

[4] Smith, J.L. “An Experimental Study of the vortex in the Cyclone Separator,” Journal of Basic Engineering, vol. 84, pp. 609-618, Dec. 1962.

[5] Syred, N., Beer, J. M., 1974, “Combustion in Swirling Flows: A Review”, Combustion and Flame, Vol. 23, 143-201.

[6] Faler, J. H., and Leibovich, S., “Disrupted States of Vortex Flow and Vortex Breakdown,” Physics of Fluids, Vol. 20, No. 9, 1977, pp. 1385-1400.

[7] Reydon, R. F., Gauvin, W. H., 1981, “Theoretical and experimental studies of confined vortex flow”, AIAA Journal of Chemical Engineering, Vol. 59, pp. 14-23.

[8] Chiaverini, M. J., Malecki, M. J., Sauer, J. A., Knuth, W. H., and Majdalani, J., “Vortex Thrust Chamber Testing and Analysis for O2-H2 Propulsion Applications,” AIAA Paper 2003-4473, July 2003.

[9] Fang, D., Majdalani, J., and Chiaverini, M. J. (2003) “Simulation of the cold-wall swirl driven combustion chamber”, AIAA-2003-5055, 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, pp. 1-9

[10] Vyas, A. B., Majdalani, J. and Chiaverini, M. J. (2003) “The bidirectional vortex. part1:an exact inviscid solution”, AIAA-2003-5052, 39th AIA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. pp. 1-16.

[11] Vyas, A. B., Majdalani, J. and Chiaverini, M. J. (2003) “The bidirectional vortex. part2: viscous core corrections”, AIAA-2003-5053, 39^th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, pp. 1-9.

[12] Majdalani, J., Sjoerd, W., “On the bidirectional vortex and other similarity solutions in spherical coordinates”, July 2006.

[13] Jamali, M., Saidi, M. H., Ghafourian, A., Mozafari, A. A., “Analytical and Numerical Investigation of Bidirectional Vortex Flow,” July 2006.

[14] Ghafourian, A., Saidi, M.H., 2007, "Effect of Vortex Flow on Heat Transfer to Combustion Chamber Wall" ASME Journal of Engineering for Gas Turbine and Power, Vol. 129, 622 – 624.

[15] Dehghani, S. R., Saidi, M. H., Mozafari, A. A. and Ghafourian, A. (2009) “Particle trajectory in a bidiractional vortex flow”, Journal of Particulate Science and Technology, In Press.