تحليل عددي ترموديناميك و سينتيك‌ احتراق پيشرانه مايع بر پايه هيدروژن و متان

درك كافي از سوزش پايدار و كنترل عملكرد در موتورهاي پيشرانه مايع، مستلزم شناخت كافي از شرايط محفظه احتراق، سلسله واكنش‌هاي شيميايي (سينتيك احتراق پيشرانه) و متغيّرهاي ترموفيزيكي متكّي بر آن است. بدين منظور پس از بررسي معادله‌هاي حاكم و شبيه‌سازي محفظه احتراق بر پايه ديناميك سيالات، محاسبه‌هايي در نسبت‌هاي هم‌ارزي گوناگون، چگونگي توزيع دما، سرعت واكنش شيميايي و كسر جرمي گونه‌هاي شيمايي، به عنوان شالوده كار و نمايان‌گر چالش‌هاي طراحي محفظه احتراق و سامانه‌هاي مرتبط با آن مطرح مي‌شود. نتيجه‌هاي شبيه‌سازي به خوبي بسياري از ويژگي‌هاي پيشرانه مايع هيدروژن- اكسيژن و متان- اكسيژن را پيش‌بيني و توجيه مي‌نمايد. براي پيشرانه متان- اكسيژن به دليل توليد كربن مونوكسيد در نسبت‌هاي بالاي سوخت به اكسيدكننده و بالا بودن آنتالپي تشكيل آن، افت تكانه ويژه، دما و سرعت واكنش شيميايي پيشرانه در محفظه احتراق مشاهده مي‌شود. دما در محفظه احتراق و ناحيه‌هاي نزديك پاشنده‌ها براي اين پيشرانه در نسبت هم‌ارزي يك، بسيار بيش‌تر از پيشرانه هيدروژن- اكسيژن است كه دماي زيادتر منجر به آسيب جدي به ديواره محفظه احتراق، سامانه انتقال پيشرانه و پاشنده‌ها مي‌شود. همچنين با بهبود طراحي نازل مي‌توان انرژي گرمايي گازهاي محفظه احتراق را به انرژي جنبشي و سرعت تبديل نمود و تكانه ويژه توليدي را افزايش داد.