بررسی تأثیر زبری سطوح بر عملکرد خنک‌کاری بازیابی در موتور سوخت مایع

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 مربی، دانشکده مکانیک، دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء(ص) و دانشجوی دکتری مکانیک، دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل

2 دانشکده مکانیک، دانشگاه پدافند هوایی خاتم الانبیاء(ص)

چکیده

از میان روش‌های موجود برای خنک­کاری محفظه­ی احتراق موتور سوخت مایع، روش خنک­کاری بازیابی به­دلیل راندمان و کارایی بالا، بیشتر مورد استفاده قرار می­گیرد. در این مقاله، یک محفظه­ی احتراق سوخت مایع با خنک­کاری بازیابی به­روش عددی و به‌صورت تقارن محوری شبیه‌سازی‌ شده و تأثیر افزایش زبری سطوح کانال خنک‌کننده، بر عملکرد خنک­کاری بازیابی مورد بررسی قرار گرفته است، نتایج نشان می­دهد که با افزایش ارتفاع زبری سطح تا 24 میکرون در دیواره­ی کانال خنک‌کننده، بیشینه دمای دیواره­ی نازل که در قسمت گلوگاه رخ می‌دهد، کاهش چشم­گیری یافته و میزان حرارت منتقل‌شده از گازهای حاصل از احتراق به سیال خنک‌کننده افزایش می‌یابد. میزان کاهش دما در گلوگاه زمانی که از آب به عنوان سیال خنک­کننده استفاده شود 9.9 درصد و زمانی که از هیدروژن مایع به عنوان سیال خنک­کننده استفاده شود حدود 32 درصد می­باشد. همچنین در محدوده­ی ارتفاع زبری 0 تا 24 میکرون، با افزایش بیشتر ارتفاع زبری سطح، بیشینه دمای دیواره­ی نازل کمتر می­شود.

کلیدواژه‌ها


1.  Locke, J.M. and D.B. Landrum, Study of heat transfer correlations for supercritical hydrogen in regenerative cooling channels, Journal of Propulsion and Power, Vol. 24, No.1, pp. 94-103, 2008.##
2.  Marchi, C.H., et al., Numerical solutions of flows in rocket engines with regenerative cooling, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, Vol. 45, No. 7, pp. 699-717, 2004.##
3.  Naraghi, M., S. Dunn, and D. Coats. A Model for Design and Analysis of Regeneratively Cooled Rocket Engines, 40th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference and Exhibit, 2004.##
4.  Wang, Q., et al., Numerical simulation and optimization on heat transfer and fluid flow in cooling channel of liquid rocket engine thrust chamber, Engineering computations, Vol. 23, No. 8, pp. 907-921, 2006.##
5.  Arnold, R., D.I. Suslov, and O.J. Haidn, Film cooling in a high-pressure subscale combustion chamber, Journal of propulsion and power, Vol. 26, No. 3, pp. 428-438, 2010.##
6.  Suslov, D., R. Arnold, and O. Haidn. Investigation of Film Cooling Efficiency in a High Pressure Subscale LOX/H2 Combustion Chamber, 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 2011.##
7.  Drexhage, M. and B. Matthews. Radiation Cooled Bipropellant Control Rocket Engines and Their Application in Space and Reentry Vehicles, in 1st Annual Meeting, 1964.##
8.  Hammad, K. and M. Naraghi. Radiative heat transfer in rocket thrust chambers and nozzles, in 24th Thermophysics Conference, 1989.##
9.  Sutton, G.P., History of liquid propellant rocket engines in the United States, Journal of Propulsion and Power, Vol. 19, No. 6, pp. 978-1007, 2003.##
10.Huzel, D.K., Modern engineering for design of liquid-propellant rocket engines, Vol. 147, AiAA, 1992.##
11.Kim, S.K., et al., Effective Modeling of Conjugate Heat Transfer and Hydraulics for the Regenerative Cooling Design of Kerosene Rocket Engines, Numerical Heat Transfer, Part A: Applications, Vol. 66, No.8, pp. 863-883, 2014.##
12.Song, J. and B. Sun, Coupled numerical simulation of combustion and regenerative cooling in LOX/Methane rocket engines, Applied Thermal Engineering, Vol. 106, No. 8, pp. 762-773, 2016.##
13.Pizzarelli, M., et al., Heat transfer modeling for supercritical methane flowing in rocket engine cooling channels, Applied Thermal Engineering, Vol. 75, No. 8, pp. 600-607, 2015.##
14.Carlile, J.A. and R.J. Quentmeyer, An experimental investigation of high-aspect-ratio cooling passages, 1992.##
15.Wadel, M.F., Comparison of high aspect ratio cooling channel designs for a rocket combustion chamber with development of an optimized design, 1998.##
16. Wadel, M.F. and M.L. Meyer, Validation of High-Aspect-Ratio Cooling in a 89kN (20,000 lbf) Thrust Combustion Chamber, AIAA Paper, pp.2584, 1996.##
17.Webb, R. and G. Robertson, Shell-Side Evaporators and Condensers Used in the Refrigeration Industry, Chapter in Book, Heat Transfer Equipment Design. Books, pp. 559-570, 1988.##
18.Webb, R.L., Advances in shell side boiling of refrigerants, VKI Industrial Heat Exchangers, 1991.##
19.Han, J., Heat transfer and friction in channels with two opposite rib-roughened walls, ASME J. Heat Transfer, Vol. 106, No. 4, pp. 774-781, 1984.##
20.Han, J., Heat transfer and friction characteristics in rectangular channels with rib tabulators, Journal of Heat transfer, Vol. 110, pp. 321-328, 1988.##
21.Metzger, D., C. Fan, and J. Pennington. Heat transfer and flow friction characteristics of very rough transverse ribbed surfaces with and without pin fins, ASME/JSME Thermal Engineering Joint Conference, Honolulu, HI, March. 1983.##
22.Metzger, D., R. Vedula, and D. Breen. The Effect of Rib Angle and Length on Convection Heat Transfer in Rib-Roughened Triangular Ducts, Proceedings of the ASME-JSME Thermal Engineering Joint Conference, 1987.