بررسي عددي جريان در آزمايشگاه شبيه ساز ارتفاع در زمان خاموشي موتور

Numerical investigation of flow transient phase of motor burnout in an altitude test simulator

در تحقيق حاضر عملكرد يك آزمايشگاه شبيه ساز ارتفاع در زمان خاموش شدن يك موتور با رويكرد شبيه سازي عددي جريان مورد بررسي قرار گرفته است. تحليل عددي غيردائم جريان گازهاي احتراقي در هسته اصلي شبيه ساز ارتفاع (ديفيوزر گلوگاه ثانويه و محفظه آزمايش) با پروفيل فشار-زمان خاموشي موتور انجام شده است. فيزيك جريان در اين سيستم و عملكرد ديفيوزر مورد استفاده در تخليه خودكار گازهاي احتراقي مورد بررسي قرار گرفته است. بررسي هاي عددي حاضر نشان مي دهند كه علي رغم اينكه ديفيوزر مزبور در فشار احتراق بالايي راه اندازي مي شود، در زمان خاموشي موتور در فشار احتراق به مراتب پايين تري از حالت راه اندازي خارج مي شود. با برگشت گازهاي گرم به داخل محفظه آزمايش، دماي متوسط سيال داخل محفظه تا K 2200 افزايش مي يابد. اين ميزان افزايش دماي سيال داخل محفظه آزمايش ممكن است به ابزارهاي اندازه گيري موجود در آن آسيب برساند. در ادامه تحقيق، تاثير نصب محدود كننده جريان برگشتي با ارتفاع مختلف در تغييرات دمايي سيال داخل محفظه آزمايش در زمان خاموشي موتور مورد بررسي قرار گرفته است. نشان داده شده است كه تاثير نصب اين مانع در كاهش دماي متوسط سيال محفظه آزمايش چشم گير است، به طوري-كه با نصب يك مانع با ارتفاع مناسب، دماي سيال در محفظه به كمتر از يك سوم برابر حالت بدون استفاده از محدود كننده كاهش مي يابد.

In this research, the performance study of an altitude test simulator at transient phase of motor burnout is conducted by numerical approach. Using a time dependent pressure profile of a motor in burnout phase, the unsteady exhaust flow is simulated in the main sections of the altitude test simulator, i.e. high expansion ratio nozzle, second throat exhaust diffuser, and vacuum chamber. Present investigation shows that in spite of the high pressure starting condition of the altitude simulator, the supersonic flow in the diffuser tends to breakdown at relatively low combustion pressure in the motor terminating phase. At the breakdown condition, the nozzle exhaust hot gases directed into the vacuum chamber through the annular gap between nozzle and diffuser walls. Present simulation shows that the overall temperature of fluid in vacuum chamber is reached up to 2000 K after the motor burnout. Really, It is potentially dangerous for measurement instruments inside the vacuum chamber. Furthermore; in this research, the influences of backflow arrester (BFA) in variations of vacuum chamber temperature are studied at this transient terminating phase. It has been shown that, the BFA can decrease the exhaust streaming into the chamber in initial breakdown periods. Results show that utilizing a suitable BFA size, the safe temperature condition could be established in vacuum chamber during and after the transient terminating phase of motor.