بررسي عددي اثرات كاهش لحظه‌اي سطح مقطع يك ديفيوزر خروجي گاز مافوق‌صوت

Numerical Analysis of Cross Section Time Variation Effects of the Supersonic Exhaust Diffuser

تحقيق پيش‌رو به‌منظور بررسي تاثير رسوب‌گرفتگي در عملكرد ديفيوزر مافوق صوت تست استند خلاء انجام شده است. گرفتگي مجرا با رسوب اكسيد آلومينيوم به صورت تنگ‌شدن تدريجي و وابسته به زمان در شبيه‌سازي عددي لحاظ شده است. در شرايط اوليه، جريان مافوق‌صوت در نازل و ديفيوزر برقرار است. با گذشت زمان، سطح مقطع ديفيوزر با استفاده از روش شبكه‌ي متحرك كاهش داده مي‌شود. در تحليل عددي جريان تراكم‌پذير به‌صورت دوبعدي و تقارن‌محوري است و از مدل آشفتگي انتقال تنش برشي k-ωبراي حل ميدان جريان استفاده شده است. تنگ‌شدگي مجرا (n) برابر با نسبت قطر لحظه‌اي گلوگاه ثانويه ديفيوزر به قطر اوليه‌ي آن تعريف شده است. بررسي‌ها نشان مي‌دهد كه با تغيير پارامتر n از مقدار 1 تا 0/75، جدايش جريان از روي ديواره ديفيوزر به تعويق مي‌افتد و با كاهش افت فشار كل، بازده بازيابي فشار استاتيك جريان توسط ديفيوزر افزايش مي‌يابد. با افزايش ميزان تنگ‌شدن مجرا از 0/75=n تا 0/64=n در اثر خفگي جريان در گلوگاه ثانويه، موقعيت و ساختار امواج ضربه‌اي جريان در ديفيوزر دچار تغييرات اساسي شده و جدايش جريان در نزديكي ورودي ديفيوزر و يا در داخل نازل رخ مي‌دهد. در اين شرايط، ديفيوزر از حالت راه‌اندازي خارج شده و محفظه‌ي تست از شرايط خلاء خارج مي‌شود.

This paper is presented to investigate the deposition effect on a second throat exhaust diffuser performance. In the numerical simulation, the blockage of the diffuser due to the deposition of aluminum oxide is considered by a gradual and time-dependent cross-section constriction. In the initial conditions, the supersonic flow has been established in the nozzle and diffuser. Diffuser cross-section area is reduced by using a dynamic mesh method during the solution. The flow is considered compressible, viscous, and 2 dimensional axis-symmetric. The k-ω shear stress transport turbulence model is used to solve the turbulent flow field. Diffuser blockage (n) is equal to the ratio of instantaneous and primary diameters of the second-throat. By changing the value of n from 1 to 0.75, the onset of flow separation is moved to the downstream location in the diffuser. This results in a considerable reduction of total pressure loss and then improves the flow pressure recovery. Decreasing parameter n from 0.75 to 0.64, the flow structure is subjected to severe changes and the separation of the flow occurs near the diffuser inlet or inside the nozzle. In this condition, the diffuser state changes from starting to un-starting mode. Therefore, the vacuum condition vanishes in the test chamber.