بررسي عددي شار حرارتي وارد برسيني كف و بدنه موشك و پديده جدايش جريان در اثر القاي پلوم

Numerical investigation of imposed heat flux on the base and body of a missile and plume induced flow separation

بازگشت پلوم خروجي در اثر انبساط ناشي از اوج گرفتن يك موشك، تداخل و برهمكنش آن با بدنه موشك و بخصوص سيني كف همواره يكي از دغدغه هاي محققين و طراحان موشك بوده است. هدف از تحقيق فعلي، بررسي پارامترهاي مختلف تاثير گذار بر فرايند بازگشت پلوم بر بدنه يك موشك فرضي است. براي اين كار شار حرارتي در شش ارتفاع مختلف و در نسبت فشارهاي گوناگون بررسي شده و اثر پارامترهاي مختلف، نظير شرايط پروازي مختلف، مدلهاي توربولانسي، مدلسازي يا عدم مدلسازي نازل و طول سيني كف موشك بر شار حرارتي وارد بر سيني كف و بدنه موشك بررسي شده است. در ادامه پديده جدايش جريان در اثر القاي پلوم بررسي شده است. جهت توليد شبكه و حل جريان از نرم افزارهاي گمبيت و فلوئنت استفاده شده است. نتايج حاصل نشان داد با افزايش ارتفاع، جريان خروجي در پشت موشك به تدريج باز شده و در ارتفاعات بالا كل سيني كف را در بر مي گيرد. همچنين نتايج نشان مي دهد عدم مدلسازي جريان داخل نازل باعث انبساط سريع تر جريان در خروجي و كاهش شار حرارتي مي شود. كاهش شار حرارتي در نقاط مختلف سيني كف متفاوت بوده و در نزديكي نازل به 83 درصد در فواصل دور از نازل به صفر مي رسد. همچنين تاثير افزايش طول سيني كف بررسي شد و ملاحظه گرديدكه با افزايش طول سيني كف، گردابه هاي انتهاي جسم گسترده تر شده و باعث افزايش شار حرارتي مي شود، به گونه اي كه با دوبرابر شدن طول سيني، حداكثر شار حرارتي افزايشي 20 درصدي دارد.

Plume reversion due to missile ascending and related flow expansion and its interaction with missile body especially with missile base has been an important concern of investigators and missile designers. The aim of the current is investigation of effects of different parameters on the interaction of plume and missile body. To do this, heat flux on the missile body at different conditions including different flight conditions, turbulence modeling, base length and nozzle modeling has been studied. In the following, plume induced flow separation is studied. To model flow field, Gambit 2.4.6 and Ansys Fluent 17 are used for grid generation and flow simulation respectively. The results show that with increasing in flight height, plume at the base of missile gradually expands and finally covers the base completely. As well as, it can be seen that plume expands more rapidly in the base region and reduces heat flux when the nozzle is not considered. The reduction of heat flux is different in various parts of the base, ranging from zero to a maximum of 83% in areas far away from or near the nozzle. In the end, the effect of the base length was investigated. The results showed that as the base length is increased, the vortices are further expanded and this expansion leads to increased heat flux so that when the base length is doubled, the heat flux is increased by 20% at most.