مطالعه عددی دینامیک فرایند اختلاط گذربحرانی در انژکتورهای هممحور برشی
نویسندگان
1 دانشگاه صنعتی شریف
2 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران.
doi
10.22034/jfnc.2021.271495.1265چکیده
یک پژوهش عددی، به منظور شناسایی و ارزیابی مشخصههای پاشش و اختلاط کرایوژنیکی یک انژکتور هممحور برشی واقعی، در شرایط گذربحرانی انجام شده است. بدین منظور، از مدل زیرشبکهای گردابه-لزجتی دینامیکی (برای شبیهسازی گردابههای بزرگ)، معادله حالت پنگ-رابینسون (برای محاسبه خواص ترمودینامیکی)، پایگاه داده NIST (برای تخمین خواص انتقالی سیال کرایوژنیکی) و الگوریتم PISO (برای کوپلینگ سرعت و فشار در حلگر جریان) برای تحلیل ویژگیهای متعدد جریان برشی هممحور آشفته در شرایط گذربحرانی استفاده شده است. همچنین، از نتایج مطالعات تجربی و عددی پیشین برای اعتبارسنجی نتایج عددی پژوهش حاضر استفاده شده که تطابق خوبی بین این نتایج مشاهده میشود. در این پژوهش، ضمن آنکه برای نخستین بار دینامیک فرایند اختلاط در یک انژکتور هممحور برشی واقعی در شرایط گذربحرانی بررسی شده است، با تحلیل کمی و کیفی میدان جریان ورتیکال، فرایند اختلاط بررسی شده است. نتایج این مطالعه نشان میدهد که به علت اثرات قابلتوجه پدیدههای شبهجوشش و لایهبندی چگالی در ممانعت از رشد پایدار لایه اختلاطی مربوط به جت گذربحرانی، هسته پتانسیلی جت چگال داخلی بسیار بزرگتر از هسته پتانسیلی جت خارجی است. با وجود این، به لطف حساسیت بسیار زیاد ظرفیت گرمایی ویژه به تغییرات دما (در حوالی دمای شبهجوشش)، نوسانات ناچیز دما قادر به کاهش شدید مقادیر ظرفیت گرمایی ویژه و درنتیجه شکست موضعی لایه محافظ حرارتی میشود که به نوبه خود امکان عملکرد موثر سازوکارهای مولد ورتیسیته و درنتیجه بهبود کیفیت فرایند اختلاط را به وجود میآورد.
