بررسي تأثير مشخصه‌هاي هندسي بر جريان داخل كانال در شرايط جريان مافوق‌صوت غيرواكنشي با حضور حفره

Investigation of Geometric Characteristics on the Non-Reaction Supersonic Flow inside the Channel with the Presence of Cavities

در كار حاضر، به بررسي جريان داخل يك كانال داراي حفره به عنوان محفظه احتراق يك موتور اسكرمجت پرداخته شده است. تحليل‌هاي انجام شده در اين تحقيق در خصوص تأثير مشخصه‌هاي هندسي وابسته به حفره نظير L/D (طول به عمق حفره)، H/D ( ارتفاع كانال به عمق حفره) و عددهاي ماخ متفاوت در محدوده مافوق‌صوت بر روي كيفيت جريان داخل كانال محفظه احتراق است. در جريان غيرواكنشي مورد بررسي در اين مقاله، مشخصه گردش به عنوان مشخصه وابسته به اختلاط تحليل شده است. در تحليل عددي، از معادلات دو بعدي ناوير استوكس به منظور حل جريان پايا و روش چگالي مبنا استفاده شده و مدل اغتشاشي مورد استفاده، روش k-ɛ استاندارد بوده است. به منظور شبيه سازي عددي از نرم افزار انسيس فلوئنت نسخه 18/2 استفاده شده است. نتايج به دست آمده نشان مي‌دهد كه با افزايش نسبت L/D، افزايش عدد ماخ و وجود زاويه در ديواره عقبي حفره، ميزان گردش در لايه‌مرزي و در نتيجه اختلاط افزايش مي‌يابد. هندسه‌هاي داراي H/D بزرگ‌تر، عملكرد بهتري را نسبت به ساير هندسه‌هاي مورد بررسي در مورد ميزان توليد گردش و كاهش افت فشار كل از خود نشان دادند. همچنين با وجود اينكه نسبت H/D برابر با 1، گردش بيشتري نسبت به حالات ديگر دارد اما به دليل بقاي شوك مايل در برخي شرايط و ايجاد افت فشار كل قابل توجه، استفاده از آن در همه ماخ‌هاي مافوق‌صوت مطمئن نخواهد بود.

In the present work, the flow inside a channel with a cavity is investigated as a Scramjet combustion chamber. For this aim, the parameters such as L/D (cavity length to cavity depth), H/D (channel height to cavity depth), and varied Mach numbers are studied in the supersonic flow to investigate the effect of geometric parameters on channel flow in non- reacting conditions. In this work, vorticity is used as a mixing parameter. Two-dimensional Navier-Stokes equations are used to solve the steady-state flow. The density based method and standard k-ε Model are employed for numerical simulation. The results show that vorticity of boundary layer and thus mixing in flow is increased with growing of L/D, Mach number and having sweep angle for the cavity. Geometries with larger H/D performed better than other geometries in terms of generating vorticity and reducing Total pressure loss. Although the H/D = 1 ratio has a higher recirculation than others, it will not be reliable for all supersonic flow because of its considerable total pressure loss and the survival of the oblique shock in some conditions.