بررسی تجربی سیستم خنک‏ کاری با اسپری آب دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت

به منظور آزمون عملکرد موتورهای مورد استفاده در ارتفاعات بالا از سکوی شبیه‌ساز ارتفاع مجهز به دیفیوزر، دمای گاز خروجی از نازل این موتورها بسیار بالاتر از حد تحمل بدنه فلزی خروجی گاز مافوق‌صوت استفاده می‌شود. غالبا دیفیوزر است. در تست موتورهای سوخت جامد برخورد ذرات اکسید آلومینیوم با دمای بالاتر از 2500 درجه سانتی‌گراد به دیواره دیفیوزر شرایط انتقال حرارت را در محل برخورد بحرانی می‌کند. هدف تحقیق حاضر ارزیابی روش خنک‌کاری با اسپری آب بدنه فلزی یک دیفیوزر با انجام تست‌های تجربی با یک موتور سوخت جامد آزمایشگاهی می‌باشد. ابتدا به منظور شناسایی نقاط بحرانی دمایی، تست موتور با فشار متوسط 60 بار و دمای محفظه 3100 درجه سانتیگراد در شبیه‌ساز خالء بدون خنک‌کاری دیفیوزر فلزی انجام شده است. نتایج حاکی از رسیدن دمای بدنه دیفیوزر در ناحیه ورودی و همگرایی به دمای بالاتر از 1500 درجه سانتی‌گراد است، به طوری‌که منجر به ذوب و سوراخ شدن بدنه دیفیوزر در این ناحیه شده است. در ادامه دو تست دیگر با فشارهای موتور میانگین 33 و 55 بار به همراه خنک‌کاری بدنه دیفیوزر با اسپری آب انجام شده است. نتایج نشان می‌دهد که در دو تست خنک‌کاری انجام شده بیشترین دما در سطح بیرونی دیفیوزر به مقادیری کمتر از 200 و 400 درجه سانتی‌گراد رسیده و تا انتهای تست ثابت مانده است. همگرا شدن بیشینه دماهای ثبت شده در سطح بیرونی دیفیوزر به دماهای مورد انتظار در این تست‌ها تاییدی بر عملکرد مناسب سیستم خنک‌کاری طراحی شده می‌باشد.

Experimental Study of the Supersonic Exhaust Diffuser Spray Cooling System

A supersonic exhaust diffuser provides the required test cell vacuum conditions by self pumping of nozzle exhaust gases to the atmosphere in the highaltitude simulator. However, the plume temperature is often much higher than the allowable temperature of the diffuser structure. In the present study, a spray cooling system design method is presented for a supersonic exhaust diffuser. The method is evaluated by performing several experimental tests. First, in order to identify the critical temperature region, the test of the motor with a chamber pressure of 60 bar and a chamber temperature of 3100 °C is performed with a noncooled metal diffuser. The results indicate that the temperature of the diffuser body in the inlet and ramp regions reaches a temperature above 1500 °C, which leads to the melting and perforation of the diffuser in these regions. Two other tests are performed with average motor chamber pressures of 33 bar and 55 bar along with the spray cooling of the diffuser body. The results show that the designed cooling system keeps the maximum temperatures of the external surface of the diffuser at the values smaller than 200 and 400 °C in these tests. The achieved critical temperatures are wellmatched with the respected ones in the design procedure.