بررسي عددي اثر عدد ماخ جريان آزاد بر عملكرد يك دهانه ورودي تراكم تركيبي

Effect of free stream Mach number on a mixed compression inlet performance

يكي از حوزه‌هاي بسيار مهم در طراحي آيروديناميكي وسايل پرنده، بررسي عملكرد دهانه ورودي موتورها است. در اين پژوهش، اثر عدد ماخ جريان آزاد روي پارامترهاي عملكردي دهانه ورودي تقارن‌محوري مافوق صوت تراكم تركيبي به‌صورت عددي بررسي شده است. براي اين منظور كدي عددي بر مبناي روش حجم محدود چگالي مبنا توسعه داده شده كه در آن گسسته‌سازي معادلات كامل ناويراستوكس متوسط‌گيري شده به‌صورت صريح و در شبكه چندبلوكي باسازمان انجام شده است. براي محاسبه شارهاي غيرلزج از روش‌ رو، براي افزايش دقت مكاني از روش ماسل همراه با محدود كننده ون آلبادا و براي مدل‌سازي آشفتگي از مدل اسپالارتآلماراس استفاده شده است. اعتبارسنجي روش و كد معرفي شده براي سه نمونه آزمايشي نشان داده شده است. با استفاده از كد توسعه داده شده، شبيه‌سازي عددي جريان براي دهانه‌ي ورودي تراكم تركيبي خاصي انجام شده و اثر عدد ماخ جريان آزاد بر پارامترهاي عملكردي شامل نسبت دبي جرمي، ضريب پسا، بازيافت فشار و اعوجاج مورد بحث و بررسي قرار گرفته‌اند. نتايج نشان مي‌دهد كه با افزايش عدد ماخ جريان آزاد، بازيافت فشار و ضريب پسا كاهش و نسبت دبي جرمي و اعوجاج جريان افزايش مي‌يابد. همچنين تغييرات اعوجاج نسبت به ساير پارامترهاي عملكردي بسيار بارزتر است به نحوي كه افزايش عدد ماخ از 1.8 به 2.2 باعث افزايش بيش از 100 درصدي اعوجاج مي‌شود، درحالي كه نسبت دبي جرمي كمتر از 10 درصد افزايش داشته است. كد توسعه يافته شده در اين پژوهش، مي‌تواند براي طراحي، مطالعه پارامتري و بهينه‌سازي هندسي دهانه ورودي مافوق‌صوت تقارن‌محوري مورد استفاده قرار گيرد.

Inlet performance is an important field in aerodynamic design of aerial vehicle engines. This study has been focused on numerical investigation of Mach number effects on a supersonic axisymmetric mixed compression inlet performance. For this purpose, a density based finite volume CFD code has been developed. A structured multiblock grid and an explicit time discretization of Reynolds averaged NavierStokes (RANS) equations have been used. Furthermore, Roe’s approximated Riemann solver has been utilized for computing inviscid flux vectors. Also, the monotone upstream centered schemes for conservation laws (MUSCL) extrapolation with Van Albada limiter has been used to obtain second order accuracy. In addition, SpalartAllmaras oneequation turbulence model has been used to close the governing equations. The code is validated in three test cases by comparing numerical results against experimental data. Finally, the code has been utilized for numerically simulation of a specific supersonic mixed compression inlet. The effects of free stream Mach number on performance parameters, including mass flow ratio (MFR), drag coefficient, total pressure recovery (TPR), and flow distortion (FD) have been discussed and investigated. Results show that Mach number increase, leads to TPR and drag coefficient decrease; however, MFR and FD increase. Also, FD variations with respect to other performance parameters are significant, such that Mach number increase from 1.8 to 2.2 leads to more than 100% FD increment while MFR has been increase less than 10%. By using this code, it will be possible to design, parametric study, and geometrical optimization of axisymmetric supersonic inlet.