بررسی عددی تاثیر قطر ذرات بور و غلظت اکسیژن در فرایند احتراق پیشرانه غنی از سوخت جامد

به کمک مدل ردیابی ذرات در یک محفظه احتراق رمجت سوخت جامد، فرایند اشتعال و احتراق ذرات بور با قطرهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نرخ واکنش محصول پیرولیز سوخت جامد (فاز گازی قابل احتراق) با اکسیژن به مدد مدل اضمحلال گردابه‌ای و فرایند اشتعال و احتراق ذرات بور با مدل کینگ مدل‌سازی و محاسبه شد. تاثیر قطر ذرات و غلظت اکسیژن بر مکانیسم احتراق ذرات بور در محفظه احتراق بررسی شد. ساختار میدان جریان و مشخصات عملکردی شامل تراست، تکانه ویژه و سرعت مشخصه به‌موجب بررسی نتایج شبیه‌سازیِ میدان جریان واکنشی در محفظه تجزیه‌ و تحلیل شد. نتایج نشان داد، کاهش قطر ذرات بور از 25 میکرون به 5 میکرون منجر به کاهش زمان اشتعال و افزایش راندمان احتراق می‌شود به طوری که با افزایش اندازه ذرات، فاصله وقوع اشتعال ذرات از ورودی اصلی محفظه افزایش می‌یابد. همچنین، در نسبت هوای کنارگذر یکسان، افزایش قطر ذرات بور منجر به کاهش راندمان احتراق می‌شود. با افزایش نسبت هوای کنارگذر، راندمان احتراق ذرات بور برای قطرهای 15 و 25 میکرون روندی صعودی می‌یابد. حداکثر راندمان احتراق ذرات در قطرهای 5 میکرومتری ذرات حاصل می‌گردد.

numerical investigation of the effect of boron particle diameter and oxygen concentration on the combustion mechanism in a solid fuel-rich propellant

in the present study, ignition and combustion procedures of boron particles were simulated with various diameters in a combustor by particle trajectory model. the reaction rate of pyrolysis product from solid fuel (a combustible gas) is calculated by the eddy-dissipation model. the ignition and combustion mechanism of boron particles is simulated by king model. the effects of particle diameter and oxygen concentration on the combustion mechanism of boron particles were studied in the combustor. the flow field structure and performance properties including thrust, specific impulse, and characteristic velocity were analyzed by examining the simulation results of the reacting flow field in the chamber. the results concluded that reducing the diameter of boron particles from 25 to 5 microns reduces the ignition stage time and increases their combustion efficiency. the ignition distance from the inlet of the combustor increases with increasing particle size. when the bypass air ratio is constant, the combustion efficiency of the particles decreases as the diameter of the boron particles increases. for particles with diameters of 15 and 25 microns, the combustion efficiency of boron particles increases with increasing bypass air ratio. the highest particle combustion efficiency occurs when the particle diameter is 5 microns.