تحقیقات موتور

تحقیقات موتور

مطالعه تجربی و شبیه‏‌سازی عددی سه بعدی تأثیر نسبت فشار بر بازده واگرایی جریان یک افشانة گوه‌‏ای ‏خطی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 دانشکده مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران، ایران
2 دانشکده فناوری‌های نوین و مهندسی هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران
چکیده
در این مطالعه تأثیر نسبت فشار افشانه‏ بر بازدهی واگرایی یک افشانة گوه‌‏ای خطی به طور تجربی و عددی بررسی شده است. برای مقایسه با افشانه‌‏‏های متداول یک افشانه‏ مخروطی با شرایط طراحی مشابه افشانة گوه‌‏ای استفاده شد. افشانه‏‏‌های مورد استفاده از نوع افشانه‏‏‌های صفحه‌‏ای بوده که جریان فراصوت خروجی از آنها توسط روش تصویربرداری شیلیرن بررسی شد. مقایسه تصاویر تجربی شیلیرن با نتایج حل عددی صحت شبیه‏‌سازی عددی سه بعدی انجام گرفته را نشان داد. تأثیر نسبت فشار افشانه‏ بر توزیع نواحی جریان فراصوت خروجی افشانه‏ مشاهده شد. نتایج نشان داد انحراف جریان از حالت محوری با افزایش نسبت فشار از مقدار ۳ تا ۹ برای افشانه‏ مخروطی سه برابر بیشتر از افشانة گوه‌‏ای است. همچنین با بهره‏‌گیری از رابطه بازدهی واگرایی نشان داده شد که بازدهی افشانة گوه‏‌ای تغییرات کمتری با تغییرات نسبت فشار دارد و در مقادیر بسیار کمتر از نسبت فشار طراحی نیز دارای بازدهی مطلوب حدود ۹۸ درصد است. تطبیق پذیری افشانة گوه‌‏ای خطی در تغییرات نسبت فشار  نسبت به افشانه‏ مخروطی بیشتر بوده به طوری که کاهش نسبت فشار به مقدار نیمی از نسبت فشار طراحی در افشانه‏ مخروطی سبب کاهش بازدهی واگرایی تا ۱۰ درصد می‏‌شود در حالی که این مقدار برای افشانة گوه‏‌ای کمتر از ۳ درصد است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Experimental study and 3D numerical simulation of the effect of pressure ratio on flow divergence efficiency of a linear aerospike nozzle

نویسندگان English

Navid Heshmati 1
Zahra Hosseinipour 2
1 Faculty of Aerospace Engineering, K. N. Toosi University of Technology, Tehran, Iran
2 Faculty of New Technologies and Aerospace Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده English

In this study, the effect of the nozzle pressure ratio on the divergence efficiency of a linear aerospike nozzle has been investigated experimentally and numerically. To compare with conventional nozzles, a conical nozzle with the same design conditions as the Aerospike nozzle was used. The used nozzles are the type of plate nozzles, and the supersonic flow coming out of them was investigated by Schilleren's imaging technique. The comparison of Schilleran's experimental images with the results of the numerical solution showed the accuracy of the three-dimensional numerical simulation. The effect of the nozzle pressure ratio on the distribution of the supersonic flow areas of the nozzle outlet was observed. The results showed that the deviation of the flow from the axial mode with increasing the pressure ratio from 3 to 9 for the conical nozzle is three times more than the Aerospike nozzle. Also, by using the divergence efficiency relationship, it was shown that the efficiency of the Aerospike nozzle has fewer changes with changes in pressure ratio, and in values much lower than the design pressure ratio, it has a favorable efficiency of about 98%. The adaptability of the linear aerospike nozzle in changes in the pressure ratio is greater than that of the conical nozzle, so that reducing the pressure ratio by half of the design pressure ratio in the conical nozzle reduces the divergence efficiency by 10%, while this amount for the aerospike nozzle is less than 3 percent.

کلیدواژه‌ها English

Nozzle
Supersonic Flow
Conical Nozzle
Aerospike Nozzle
Nozzle Divergence Efficiency
[1] Hunter CA. Experimental Investigation of Separated Nozzle Flows. Journal of Propulsion and Power 2004;20:527–32. doi: 10.2514/1.4612
[2] Dumitrescu O, Gherman B, Tipa T. Development of a Laval nozzle for a cold gas propulsion system. IOP Conf Ser: Mater Sci Eng 2018;400:042016. doi: 10.1088/1757-899x/400/4/042016
[3] RAO GVR. Exhaust Nozzle Contour for Optimum Thrust. Journal of Jet Propulsion 1958;28:377–82. doi: 10.2514/8.7324
[4] Arora R, Vaidyanathan A. Experimental investigation of flow through planar double divergent nozzles. Acta Astronautica 2015;112:200–16. doi: 10.1016/j.actaastro.2015.03.020
[5] Bhide K, Siddappaji K, Abdallah S. Aspect Ratio Driven Relationship between Nozzle Internal Flow and Supersonic Jet Mixing. Aerospace 2021;8:78. doi: 10.3390/aerospace8030078
[6] George J, Nair PP, Soman S, Suryan A, Kim HD. Visualization of flow through planar double divergent nozzles by computational method. J Vis 2021;24:711–32. doi: 10.1007/s12650-020-00729-9
[7] Ferlauto M, Ferrero A, Marsicovetere M, Marsilio R. Differential Throttling and Fluidic Thrust Vectoring in a Linear Aerospike. IJTPP 2021;6:8. doi: 10.3390/ijtpp6020008
[8] Wu K, Dong Kim H. Numerical study on the shock vector control in a rectangular supersonic nozzle. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering 2019;233:4943–65. doi: 10.1177/0954410019834133
[9] Kozue K, Namba S, Endo T, Takiyama K, Tamura N. Spectroscopic Observation of He Arcjet Plasma Expanding Through a Converging and Diverging Slit Nozzle. EJ 2013;17:7–12. doi: 10.4186/ej.2013.17.5.7
[10] Krishnaraj A, Ganesan V. Investigation of Jet Mixing Characteristics Using Slotted Rectangular Tabs. J Aerosp Technol Manag 2021;13. doi: 10.1590/jatm.v13.1188
[11] Murugesan VK, Moorthi AKS, Ramachandran GSL. Aspect Ratio Effect on Mach 1.5 Rectangular Jet Mixing. IEEE Access 2021;9:73671–7. doi: 10.1109/access.2021.3080665
[12] Bogadi S, Sridhar BTN. Decay of supersonic rectangular jet issuing from a nozzle with diagonal expansion ramps. THERM SCI 2019;23:3929–40. doi: 10.2298/tsci180614301b
[13] Reza MS, Agrawal BK, Tarnacha RS, Panchal D. Computational investigation of the effect of variable cowl length on the flowfield of conical aerospike nozzles. AS 2022;6:129–42. doi: 10.1007/s42401-022-00172-8
[14] Hamedi-Estakhrsar MH, Mahdavy-Moghaddam H, Jahromi M. Investigation of effects of convergence and divergence half-angles on the performance of a nozzle for different operating conditions. J Braz Soc Mech Sci Eng 2018;40. doi: 10.1007/s40430-018-1271-9
دوره 70، شماره 3 - شماره پیاپی 72
مقالات برتر بیستمین کنفرانس دینامیک شاره ها
پاییز 1402
صفحه 53-61

  • تاریخ دریافت 13 فروردین 1403
  • تاریخ بازنگری 09 اردیبهشت 1403
  • تاریخ پذیرش 15 اردیبهشت 1403