بررسي عددي تأثير مدل‌هاي احتراقي و آشفتگي در تخمين مشخصه‌هاي احتراقي پيشرانه غني از سوخت- مطالعه موردي: سامانه رم‌جت

تنوع پديده‌هاي فيزيكي چندگانه در محفظه احتراق نظير سينتيك شيميايي، انتقال حرارت (همرفت و تابش)، تعدد فاز‏، تجزيه حرارتي در غياب اكسيژن (پيروليز) مربوط به سوخت جامد با تجمع و انباشتگي ذرات و فيلم مايع از چالش‌هاي احتراق در سامانه‌هاي احتراقي هواتنفسي (رم‌جت)مي‌باشند. درك فرآيندهاي فيزيكي و شيميايي درگير در احتراق براي پيش‌بيني فرايندهاي فيزيكي حاكم بر جريان سيال، شروع احتراق، نرخ آزاد شدن حرارت، تشكيل شعله، نرخ پسروي سوخت و غلظت گونه‌هاي توليدشده در طول احتراق موردنياز است. به‌موجب الزام در حل هم‌زمان مدل‌هاي احتراقي و آشفتگي اعمال روش‌هاي عددي در تحليل معادلات حاكم، زمينه‌ساز حصول برخي نتايج شامل پيش‌بيني تأثير متغيرها، خصوصيات عملكردي و ويژگي‌هاي احتراقي و در نهايت دسترسي به بازده احتراق پيشرانه غني از سوخت در سامانه‌هاي رم‌جتي است. در بررسي واكنش‌هاي شيميايي محفظه احتراق، پيروليز پلي‌بوتادين خاتمه ‌يافته با هيدروكسيل (HTPB) مدنظر بوده و نهايتاً احتراق براي محصول پيروليز بر پايه مدل و مكانيسم سينتيك‌هاي شيميايي كاهش‌يافته ادامه مي‌يابد. سپس به‌منظور تشخيص مدل‌هاي برتر در پيش‌بيني مناسب مشخصه‌هاي احتراق با به‌كارگيري هر دو مدل احتراقي نظير اضمحلال گردابه‌اي و شيمي نرخ محدود، همراه با بررسي عددي مدل‌هاي آَشفتگي شاملK-ɛ استاندارد و K-ω sst براي محفظه احتراق، يك مقايسه تطبيقي ميان نتايج شبيه‌سازي با داده‌هاي محيط محاسباتي تعادل شيميايي ناسا (CEA) انجام شد. نتايج نشان دادند كه مدل نرخ محدود به دليل ناديده گرفتن اثرات آشفتگي جريـان و ميـزان اخـتلاط سـوخت و هـوا در محفظه احتراق، مشخصات احتراقي رمجت سوخت جامد را با خطاي زيادي نسبت به مدل اتلاف گردابه‌اي پيش‌بيني مي‌كند. با توجه به نتايج ترموديناميكي و احتراقي، وضعيتK-ω /Eddy dissipation مطابقت خوبي با نتايج CEA داشت.