ارائه يك روش كاربردي براي شبيه‌سازي عددي دوبعدي موتور دتونيشن چرخشي با بيش از يك موج چرخان

The Presentation of a Practical Method for Two-Dimensional Numerical Simulations of the Rotating Detonation Engine with More Than One Rotating Wave

يكي از روش‌هاي احتراقي كه در دو دهه‌ اخير توسعه‌ يافته است اما هنوز به‌صورت كامل عملياتي و تجاري نشده است استفاده از موج دتونيشن به‌صورت پيوسته و تنها با يك‌بار راه‌اندازي اوليه در محفظه احتراق است. اين روش را، احتراق دتونيشن چرخشي (Rotating Detonation Combustion) يا به‌اختصار RDC مي‌نامند. در اين مقاله ضمن معرفي احتراق دتونيشن چرخشي؛ اين فرآيند نيز به‌صورت دو موجي شبيه‌سازي‌شده است. همچنين روشي ارائه مي‌گردد كه با در نظر گرفتن فيزيك مسئله، مي‌توان هر تعداد موج را در محفظه احتراق شبيه‌سازي نمود. در اين روش با در نظر گرفتن شرايط مرزي پريوديك در امتداد انتشار موج در حالت دوبعدي، موج دتونيشن به‌صورت پيوسته و چرخشي درآمده و با تنظيم كد مناسب ( UDF:User Define Function) براي اعمال شرط ‌مرزي در ورودي، تزريق به دامنه را مديريت كرده به‌صورتي كه در جلوي موج، هميشه مواد واكنش‌دهنده تازه موجود باشد تا حركت موج ادامه پيدا كند و در هنگام عبور موج و افزايش فشار، كار تزريق متوقف گردد و پس از دور شدن موج و افت فشار، دوباره تزريق از سر گرفته شود. به‌منظور انتشار يك‌طرفه دتونيشن قبل از رسيدن به شرايط انتشار پيوسته، از شرط مرزيِ ديواره در مرزهاي پريوديكِ حالتِ پيوسته، استفاده‌شده است. با به‌كارگيري شرايط اوليه مناسب، قسمت گذار از موج دفلگريشن به دتونيشن حذف‌شده و هزينه محاسبات كاهش‌يافته است. علي‌رغم ساده‌سازي‌ها در مدل، درصد خطا در پيش‌بيني سرعت موج دتونيشن در اين مقاله تك‌رقمي است.

One of the combustion methods that has been developed in the last two decades, but has not yet become fully operational and commercial, is the use of a continuous detonation wave with only one initial start-up in the combustion chamber. This method is called rotating detonation combustion or RDC for short. In this article, while introducing rotating detonation combustion, this process is also simulated in two waves. It also presents a method that by considering the physics of the problem, any number of waves can be simulated in the combustion chamber. In this method, by considering the periodic boundary conditions along the wave propagation in two-dimensional mode, the detonation wave becomes continuous and rotational. By setting the appropriate code (UDF: User Defined Function) to apply the boundary condition at the input, we manage the injection into the domain, in such a way that there is always fresh reactant in front of the wave so that the wave continues to move and the injection stops when the wave passes and the pressure increases, Then the injection is resumed after the wave is gone and the pressure drops. In order to propagate the detonation unilaterally before reaching the continuous propagation conditions, the wall boundary condition at the periodic boundaries of the continuous state is used. By applying the appropriate initial conditions, the transition from deflagration to detonation is eliminated and the cost of calculations is reduced. Despite the mentioned simplifications, the model presented in this article demonstrates single-digit error percentage in predicting the detonation wave velocity.