مکانیک هوافضا

مکانیک هوافضا

مقایسه روش مدل‌سازی و تشدیدگر هلمهولتز در پیش‌بینی فرکانس موتور پالس‌جت با دریچه و ارائه ضریب تصحیح

نوع مقاله : گرایش پیشرانش و انتقال حرارت

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران
2 استاد، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران
چکیده
پیش‌بینی دقیق فرکانس عملکردی و تراست موتورهای پالس‌جت با دریچه، برای طراحی و بهینه‌سازی آن‌ها حیاتی است. دو رویکرد متداول برای تخمین فرکانس، استفاده از مدل‌ تشدیدگر هلمهولتز و روش‌های مدل‌سازی مبتنی بر شبیه‌سازی چرخه عملکرد موتور است. این پژوهش با هدف مقایسه نتایج حاصل از یک روش مدل‌سازی توسعه‌یافته با نتایج حاصل از رابطه غیرخطی تشدیدگر هلمهولتز انجام شده است. در روش مدل‌سازی، چرخه عملکرد موتور شامل مراحل مکش، احتراق دو ناحیه‌ای (انتشار شعله‌ای) و تخلیه، به‌صورت گام‌به‌گام شبیه‌سازی شده است. برای انجام محاسبات روش مدل‌سازی، یک کد فرترن توسعه داده شد تا فرکانس برای طیف وسیعی از هندسه‌های موتور (قطر محفظه احتراق 5 تا 30 سانتی‌متر و نسبت طول به قطر محفظه احتراق 1 تا 25/2) با هر دو روش محاسبه گردد. نتایج نشان داد که هر دو روش، روند کلیِ کاهش فرکانس با افزایش ابعاد موتور را پیش‌بینی می‌کنند، اما تفاوت‌هایی بین آن‌ها وجود دارد، به‌ویژه در قطرهای کوچک‌تر. برای بهبود انطباق نتایج روش مدل‌سازی با روش مرسوم هلمهولتز، یک ضریب تصحیح، وابسته به هندسه (قطر و نسبت طول به قطر محفظه احتراق) ارائه گردید. این ضریب در بازه تقریبی 72/0 تا 20/1 متغیر است. استفاده از این ضریب تصحیح، اختلاف روش مدل‌سازی و روش هلمهلوتز را نشان می‌دهد و امکان استفاده از پارامترهای فیزیکی بیشتر روش مدل‌سازی را، ضمن حفظ سازگاری با نتایج هلمهولتز فراهم می‌کند.

چکیده تصویری

مقایسه روش مدل‌سازی و تشدیدگر هلمهولتز در پیش‌بینی فرکانس موتور پالس‌جت با دریچه و ارائه ضریب تصحیح
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Comparison of a Modeling Method and Helmholtz Resonator in Predicting the Frequency of a Valved Pulsejet Engine and Presentation of a Correction Factor

نویسندگان English

seyed mohammad Hosseini 1
Mohammad Mehdi Doustdar 2
1 Master's Degree, Imam Hossein Comprehensive University, Tehran, Iran
2 Professor, Imam Hossein Comprehensive University, Tehran, Iran
چکیده English

Accurate prediction of the operational frequency and thrust of valved pulsejet engines is vital for their design and optimization. Two common approaches for frequency estimation are using Helmholtz resonator models and modeling methods based on simulating the engine's operational cycle. This research was conducted to compare the results from a developed modeling method with those obtained from the nonlinear Helmholtz resonator relation. In the modeling method, the engine's operational cycle, including the intake, two-zone combustion (flame propagation), and exhaust stages, is simulated step-by-step. To perform the calculations of the modeling method, a Fortran code was developed to calculate the frequency for a wide range of engine geometries (combustion chamber diameter of 5 to 30 cm and combustion chamber length-to-diameter ratio of 1 to 2.25) using both methods. The results showed that both methods predict the general trend of decreasing frequency with increasing engine dimensions, but there are differences between them, especially at smaller diameters. To improve the consistency of the modeling method's results with the conventional Helmholtz method, a geometry-dependent correction factor (dependent on the diameter and the length-to-diameter ratio of the combustion chamber) was presented. This factor varied in the approximate range of 0.72 to 1.20. Using this correction factor demonstrates the difference between the modeling method and the Helmholtz method and allows for the use of more physical parameters of the modeling method while maintaining consistency with the Helmholtz results.

کلیدواژه‌ها English

Pulsejet Engine
Operational Frequency
Cycle Modeling
Helmholtz Resonator
Flame Factor
Correction Factor


Smiley face

[1]     RL Ordon. Experimental Investigations into the operational parameters of a 50 Centimeter Class Pulsejet Engine. 2006, M.S. thesis, Dept. of Mechanical Engineering, North Carolina State Univ., Raleigh.
[2]     J Richardson, D Artt, G Blair. A computer model of a pulsejet engine. SAE transactions. 1982:3071–98.
[3]     V Anand, J Jodele, E Knight, E Prisell, O Lyrsell, E Gutmark. Dependence of pressure, combustion and frequency characteristics on valved pulsejet combustor geometries. Flow, Turbulence and Combustion; vol. 100, no. 3, pp. 829–848, Apr. 2018, DOI: 10.1007/s10494-017-9875-1.
[4]     J Lee, B Dhar, W Soedel. A mathematical model of low amplitude pulse combustion systems using a Helmholtz resonator-type approach. 1985. Journal of Sound and Vibration; 98(3):379–401.
[5]     M Alster. Improved calculation of resonant frequencies of Helmholtz resonators. 1972. Journal of sound and vibration; 24(1):63-85.
[6]     T Travis, A Kuznetsov, W Roberts. The Principles of Operation of a Pulsejet With Valves. 2006. 13th International Congress on Sound and Vibration, Vienna, Austria.
[7]     F Zheng, R Ordon, T Scharton, A Kuznetsov, W Roberts. A new acoustic model for valveless pulsejets and its application to optimization thrust. J Eng Gas Turbine Power, vol. 130, no. 4, Jul. 2008, DOI: 10.1115/1.2900730.
[8]     V Anand, J Jodele, V Shaw, A Russell, E Prisell, O Lyrsell, et al. Visualization of valved pulsejet combustors and evidence of compression ignition. Flow, Turbulence and Combustion; vol. 106, no. 3, pp. 901–924, Mar. 2021, DOI: 10.1007/s10494-020-00203-4.
[9]     J John. Gas dynamics. Prentice Hall PTR, 2th Edition, 1984.
[10]   M. Doostdar. Spark-ignition intermittent internal combustion engines. 1400. Tehran: Imam Hussein University Press.
[11]   R Benson, W Annand, P Baruah. A simulation model including intake and exhaust systems for a single cylinder four-stroke cycle spark ignition engine. 1975. International Journal of Mechanical Sciences; 17(2):97–124.
[12]   J Horlock, D Winterbone. The thermodynamics and gas dynamics of internal-combustion engines. 1986. Clarendon Press, Oxford, Volume II.
[13]   D Kuehl, editor Laminar-burning velocities of propane-air mixtures. 1961. Symposium (International) on Combustion; Elsevier.
[14]   F White. Fluid Mechanics. 2011. 7th Edition, McGraw-Hill Higher Education.
[15]   P Litke, F Schauer, D Paxson, R Bradley, J Hoke, editors. Assessment of the Performance of a Pulsejet and Comparison with a Pulsed-Detonation Engine. 2005. 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit.
[16]   W Eick, M Bolkow, Blohm. The Pulso-Reactor for Subsonic Mode Eleve with Passage to Operation in Stato-Reactor - An Engine of Weak Cost Price. 1978, SNECMA - Direction Technique Service Documentation - Iinformation Center Tests of Villaroche.
[17] DE Smith. The synchronous injection ignition valveless pulsejet. 1987, The University of Texas at Arlington

  • تاریخ دریافت 15 فروردین 1405
  • تاریخ بازنگری 16 خرداد 1405
  • تاریخ پذیرش 28 خرداد 1405
  • تاریخ انتشار 13 تیر 1405