مطالعه عددي تزريق متقاطع در جريان مافوق صوت محفظة احتراق موتور اسكرمجت

Numerical Study of Transverse Injection into Supersonic flow of the Scramjet Combustor

امروزه تحقيقات بسياري جهت توسعه موتورهاي هوا- تنفسي اسكرمجت صورت مي‌پذيرد. موتورهاي اسكرمجت از اكسيژن موجود در اتمسفر به عنوان اكسيدكننده استفاده مي‌نمايند كه به دليل نداشتن مخازن اكسيدكننده، وزن اين سيستم‌ها در مقايسه با سيستم‌هاي موشكي كمتر مي‌باشد. موفقيت يك سيستم پيشرانشي هوا-تنفسي، بستگي زيادي به قابليت تركيب شدن مناسب سوخت با هوا دارد. در مورد سيستم‌هاي پروازي هوا- تنفسي ماوراي صوتي، به دليل نياز به احتراق مافوق صوت، چالش‌هاي مربوط به تركيب شدن سوخت و هوا افزايش مي‌يابند. سرعت‌هاي جريان درون محفظة احتراق اين‌گونه موتورها از مرتبه چند هزار متر بر ثانيه است كه در نتيجه زمان اقامت مخلوط جهت اختلاط سوخت و هوا بسيار كوتاه مي‌باشد. در تحقيق حاضر، حوزه جريان دو-بعدي تزريق جت متقاطع به درون هواي مافوق صوت به صورت عددي با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت بررسي شده است. معادلات دو-بعدي ناوير-استوكس به همراه مدل آشفتگي دو- معادله‌اي k-ω sst و معادله حالت گاز كامل حل شده‌اند و نتايج حاصل از شبيه‌سازي عددي با نتايج تجربي مقايسه و اعتبارسنجي شده‌اند.

Nowadays efforts for development of the scramjet engines are increased. Scramjet engines use atmospheric oxygen as an oxidizer therefore they don’t need oxidizer tanks, thus the weight of these systems is less than comparable rocket systems. Success of the air-breathing engines depends on the proper air-fuel mixing. In the case of hypersonic vehicles, air-fuel mixing issues increases. Sufficient mixing between the supersonic airstream and the fuel jet is critical for the design of scramjet engines. Air velocities in the scramjet combustors are in the order of the thousands meters per second and so the residence time for the fuel to mix with air is very short. In current study, two-dimensional flowfield of the jet injection into the supersonic flow investigate numerically using Fluent software. Two-dimensional Navier-Stokes equations and k-ω sst turbulence model and the perfect gas equation are solved numerically. The results of the numerical solution are compared and validated with experimental data.