تأثیر ارتفاع رمپ بر مشخصات مخلوط سوخت و هوا در حوزه جریان پاشش متقاطع دوتایی در جریان هوای عبوری مافوق صوت

نوع مقاله : گرایش پیشرانش و انتقال حرارت

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

2 نویسنده مسئول: استاد، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه تربیت مدرس، تهران، ایران

چکیده

جهت بهبود آمیختگی سوخت و هوا در جریان‌های مافوق صوت از روش‌های مختلفی استفاده می‌شود که از جمله می‌توان به تعبیه یک رمپ در بالادست مجرای پاشش اشاره نمود. در کار حاضر تأثیر ارتفاع رمپ بر حوزه جریان پاشش متقاطع دوتایی جت‌ هیدروژن در جریان هوای عبوری مافوق صوت به صورت عددی بررسی شده است و تأثیر ارتفاع رمپ بر پارامترهایی از قبیل راندمان آمیختگی، نسبت آمیختگی مؤثر و تلفات فشار سکون بررسی شده است. شبیه‌سازی‌های عددی با استفاده از حل معادلات سه-بعدی ناویر-استوکس رینولدز-متوسط همراه با مدل آشفتگی دو-معادله‌ای k-ω sst صورت پذیرفته‌اند. در ابتدا صحّه‌گذاری نتایج حل عددی با داده‌‌های تجربی صورت پذیرفته است که مقایسه نتایج حل عددی با داده‌های تجربی نشان دهنده تطابق خوب آنها با یکدیگر می‌باشد. سپس تأثیر حضور رمپ در بالادست مجرای پاشش برای چند رمپ با ارتفاع‌های مختلف به صورت عددی بررسی شده است. از نتایج بدست آمده مشاهده می‌شود که با افزایش ارتفاع رمپ از صفر تا 6 میلیمتر، راندمان آمیختگی در صفحه خروجی از 37/0 تا 52/0 و نسبت مساحت آمیختگی مؤثر در صفحه خروجی از 059/0 تا 1/0 افزایش می‌یابد. همچنین تلفات فشار سکون نیز از 8 درصد به 9 درصد افزایش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


Smiley face

[1] Grybko M. Inviscid Shock Propagation within a Variable-Geometry Scramjet Inlet [Master of Science in Mechanical and Aerospace Engineering]: Illinois Institute of Technology, Chicago; 2021.##
[2] Zhao G, Du J, Yang H, Tang T, Sun M. Effects of injection on flame flashback in supersonic crossflow. Aerospace Science and Technology. 2022;120:107226.##
[3] Harsha P, Keel L, Castrogiovanni A, Sherrill R. X-43A vehicle design and manufacture.  AIAA/CIRA 13th International Space Planes and Hypersonics Systems and Technologies Conference2005.##
[4] Hank J, Murphy J, Mutzman R, editors. The X-51A scramjet engine flight demonstration program. 15th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference; 2008; Dayton, Ohio.##
[5] https://en.wikipedia.org/wiki/3M22_Zircon.##
[6] Karnozov V. Hypersonic Zircon Missile from Russia now deployed to the Pacific. Asia-Pacific Defence Reporter (2002). 2020;46(3).##
[7]https://www.globalsecurity.org/military/world/russia/zircon.htm
[8] Curran ET. Scramjet Engines: The First Forty Years. Journal of Propulsion and Power. 2001;17(6):1138-48.##
[9] Tian Y, Yang S, Le J. Study on flame stabilization of a hydrogen and kerosene fueled combustor. Aerospace Science and Technology. 2016;59:183-8.##
[10] Santana ER, Weigand B. Effect of the reaction mechanism on the numerical prediction of the performance of a scramjet combustor at cruise flight 8 Mach number. Aerospace Science and Technology. 2021;112:106595.##
[11] Doncel M, Kramarz S, Recasens D, Nambisan J, editors. Hypersonic Flight. TMAL02 Expert Conference; 2017;24(2):33-36.##
[12] Aguilera C, Yu KH. Supersonic Mixing Enhancement Using Fin-Guided Fuel Injection. Journal of Propulsion and Power. 2015;31(6):1532-43.##
[13] Kummitha OR, Pandey K. Hydrogen fueled scramjet combustor with a wavy-wall double strut fuel injector. Fuel. 2021;304:121425.##
[14] Wu K, Zhang P, Yao W, Fan X, editors. LES study of flame stabilization in DLR hydrogen supersonic combustor with strut injection. 21st AIAA International Space Planes and Hypersonics Technologies Conference; 2017.##
[15] Zhang J, Wang Z, Sun M, Wang H, Liu C, Yu J. Effect of the Backward Facing Step on a Transverse Jet in Supersonic Crossflow. Energies. 2020;13(16):4170.##
[16] Zahedzadeh M, Ommi F. Numerical study of step geometry effects on Gaseous sonic transverse injection in supersonic crossflow Modares Mechanical Engineering Journal. 2019;19(4):1075-84.##
[17] Manh TD, Nam ND, Gerdroodbary MB, Babazadeh H, Moradi R. Numerical simulation of mixing of hydrogen jet at supersonic cross flow in presence of upstream wavy wall. International Journal of Hydrogen Energy. 2020;45(1):1096-106.##
[18] Li Z, Manh TD, Gerdroodbary MB, Nam ND, Moradi R, Babazadeh H. The effect of sinusoidal wall on hydrogen jet mixing rate considering supersonic flow. Energy. 2020;193:116801.##
[19] Zhao M, Li Q, Ye T. Investigation of an optimal pulsed jet mixing and combustion in supersonic crossflow. Combustion and Flame. 2021;227:186-201.##
[20] Chen S, Zhao D. RANS investigation of the effect of pulsed fuel injection on Scramjet HyShot II engine. Aerospace Science and Technology. 2019;84:182-92.##
[21] Fallah K, Gerdroodbary MB, Ghaderi A, Alinejad J. The influence of micro air jets on mixing augmentation of fuel in cavity flameholder at supersonic flow. Aerospace Science and Technology. 2018;76:187-93.##
[22] Moradi R, Mahyari A, Barzegar Gerdroodbary M, Abdollahi A, Amini Y. Shape effect of cavity flameholder on mixing zone of hydrogen jet at supersonic flow. International Journal of Hydrogen Energy. 2018;43(33):16364-72.##
[23] Li X, Lei Q, Zhao X, Fan W, Chen S, Chen L, et al. Combustion Characteristics of a Supersonic Combustor with a Large Cavity Length-to-Depth Ratio. Aerospace. 2022;9(4):214.##
[24] Zhao Y-h, Liang J-h, Zhang S-p, Ren H-y, Zhao Y-x, Yang S-h. Experimental investigation on flow characteristics of a transverse jet with an upstream vortex generator. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A. 2020;21(8):636-51.##
[25] Du Z-b, Shen C-b, Huang W, Wu H, Tang H-r, Yang J-n. Hydrogen mixing augmentation mechanism induced by the vortex generator and oblique shock wave in a scramjet engine. International Journal of Hydrogen Energy. 2022.##
[26] Fan G, Almarashi A, Guo P, Abu-Hamdeh NH, Abusorrah AM, Moradi R. Comparison of convergent/divergent ramp on fuel mixing of single jet at supersonic crossflow. Aerospace Science and Technology. 2022;120:107236.##
[27] Zhang Y, Gerdroodbary MB, Hosseini S, Abazari A, Li Z. Effect of hybrid coaxial air and hydrogen jets on fuel mixing at supersonic crossflow. International Journal of Hydrogen Energy. 2021;46(29):16048-62.##
[28] Pish F, Manh TD, Gerdroodbary MB, Nam ND, Moradi R, Babazadeh H. Computational study of the cavity flow over sharp nose cone in supersonic flow. International Journal of Modern Physics C. 2020;31(06):2050079.##
[29] Li Y, Gerdroodbary MB, Moradi R, Babazadeh H. The influence of the sinusoidal shock generator on the mixing rate of multi hydrogen jets at supersonic flow. Aerospace Science and Technology. 2020;96:105579.##
[30] Li L-q, Huang W, Yan L, Du Z-b, Fang M. Numerical investigation and optimization on the micro-ramp vortex generator within scramjet combustors with the transverse hydrogen jet. Aerospace Science and Technology. 2019;84:570-84.##
[31] Northam GB, Greenberg I, Byington CS, Capriotti DP. Evaluation of parallel injector configurations for Mach 2 combustion. Journal of Propulsion and Power. 1992;8(2):491-9.##
[32] Fluent, USA. Ansys fluent theory guide. 2011.##
[33] Zareyan B, Mirzaei M. Numerical Analysis of Supersonic Flows in Unified Coordinate System, Using Iterative Riemann Problem and Godunov Scheme. AEROSPACE MECHANICS JOURNAL. 2011;7(3):17-28.##
[34] Huang W, Tan J-g, Liu J, Yan L. Mixing augmentation induced by the interaction between the oblique shock wave and a sonic hydrogen jet in supersonic flows. Acta Astronautica. 2015;117:142-52.##
[35] Mousavi-Naeynian SM, Mafi M, Alavi-Tabrizi SP. Numerical Study of the Flowfield Generated by Twin Impinging Turbulent Jets on a Flat Plate with Fountain Formation. AEROSPACE MECHANICS JOURNAL. 2007;3(1):45-57.##
[36] GGhodsi S, Taeibi RM, Ramezani ZM, Jarrah BD. Simulation Of 3-D turbulent jet-into-cross flow, using hybrid les/urans approach. Journal of Aerospace Mechanics. 2011;7(3):39-52.##
[37] Wilcox DC. Solutions Manual: Turbulence Modeling for CFD: DCW Industries, Incorporated; 2006.##
[38] Schlichting H, Gersten K. Boundary-Layer Theory: Springer Berlin Heidelberg; 2016.##
[39] White FM. Text book on Fluid Mechanics. McGraw-Hill Book Company; 2011.##
[40] McDaniel J, Fletcher D, Hartfield Jr R, Hollo S. Staged Transverse Injection Into Mach-2 Flow Behind a Rearward-Facing step: a 3-D Compressible Test Case for Hypersonic Combustor Code Validation. J AIAA paper. 1991;5071:1991.##
[41] Lang-quan L, Wei H, Li Y. Mixing augmentation induced by a vortex generator located upstream of the transverse gaseous jet in supersonic flows. Aerospace Science and Technology. 2017;68:77.##
[42] Zhao M, Bian Y, Li Q, Ye T. Large eddy simulation of transverse single/double jet in supersonic crossflow. Journal of Aerospace Science Technology. 2019;89:31-45.##
دوره 18، شماره 3 - شماره پیاپی 69
شماره پیاپی 69، فصلنامه پاییز
مهر 1401
صفحه 27-40
  • تاریخ دریافت: 10 خرداد 1401
  • تاریخ بازنگری: 06 تیر 1401
  • تاریخ پذیرش: 24 مرداد 1401
  • تاریخ انتشار: 01 مهر 1401