شبيه سازي عددي دو بعدي پيروليز و فرسايش در نازل همگرا-واگراي راكت سوخت جامد

Two-dimensional numerical simulation of pyrolysis and erosion in a solid rocket motor diverging-converging nozzle

اين مقاله شامل گسسته سازي معادلات و تهيه يك برنامه كامپيوتري براي آناليز جريان گاز در محفظه و نازل همگرا-واگرا با ديواره عايق فناشونده مي باشد. شرايط مرزي فرض شده در نازل كاملا مشابه يك نازل واقعي مي باشد. به اين منظور ابتدا با روابط رياضي مربوطه پروفيل نازل مخروطي و رايو طراحي شده است و براي حل جريان در نازل همگرا-واگرا از روش صريح مك كورمك استفاده شده است. معادلات انتقال حرارت و جرم در دو بعد در بدنه و عايق مورد نظر در نظر گرفته شده است. براي حل اين معادلات از روش حجم محدود و از روش ضمني براي وابستگي زماني استفاده شده است. همچنين معادله تجزيه كه به فرم آرنيوس نوشته شده با استفاده از رانگ-كوتاي مرتبه 4 حل شده و چگالي و شار جرمي گاز توليدي در هر گام زماني بدست آمده است. سپس در ادامه به بررسي فناشوندگي در يك نازل همگرا-واگراي مخروطي در دو حالت متفاوت با و بدون فناشودگي زغال پرداخته شده و نتايج با همديگر مقايسه شده و براي حل مش غير متعامد در نازل همگرا-واگرا از روش Over-Relaxed استفاده شده است. در نهايت با در نظر گرفتن پروفيل نازل رايو براي يك موتور واقعي توزيع دما و چگالي بدست آمده است. نتايج شبيه سازي مورد نظر با تست تجربي انجام شده مقايسه شده است. كه نتايج حاصله نشان از دقت قابل قبول كد نوشته شده در عايق كربن اپوكسي مي باشد.

In this paper, the heat transfer and ablation thermal insulators in solid rocket motor are investigated. Therefore, by collecting and solving the thermal ablation equations, a computer program, using MATLAB software, is developed which can predict the thermal response of insulators in different operating conditions and compare the performance of these insulators. The heat and mass transfer equations are considered in two dimensions in a solid body. We used the equations, finite volume method with implicit formulation for time dependency to solve equations. The reaction equation which written in the form of Arrhenius, is solved using Runge-Kutta method, and the density and the flux of the gas produced at each step are obtained. Also we represent a model for the rate of recession.