مطالعه عددی عملکرد بستر کاتالیستی یک رانشگر تک‎مولفه‎‌ای تحت تاثیر ضریب تخلخل بستر

در رانشگرهای تک‎مولفه‌ای هیدرازینی، هیدرازین پس از عبور از بستر کاتالیستی طی یک واکنش گرمازا به محصولات داغ گازی تجزیه می‎شود. در این مقاله، محفظه تجزیه یک رانشگر تک مولفه‌ای هیدرازینی، در مقیاس دانه های تشکیل دهنده بستر، بصورت عددی مدل شده است و اثر پارامتر ضریب تخلخل بستر کاتالیستی که مهمترین پارامتر تاثیرگذار بر عملکرد محفظه تجزیه است، مورد بررسی قرار گرفته است. شبیه‌سازی‌ها بصورت دوبعدی متقارن محوری با لحاظ جریان پایا و در فاز گاز صورت گرفته است و دانه ‏های کاتالیست با قطر متوسط 1 میلی‌متر در سه ضریب تخلخل متفاوت 0/4، 0/65،0/55 در نظر گرفته شده اند و فشار ورودی محفظه تجزیه نیز 15 بار در نظر گرفته شده است. نتایج نشان داد که ضریب تخلخل تاثیر بسیار قابل توجه بر عملکرد بستر داشته به طوریکه با کاهش ضریب تخلخل، سطح تماس موثر برای انجام واکنش‌های شیمیایی افزایش می‌یابد که این موضوع، منجر به افزایش تجزیه هیدرازین شده، و سبب بهبود عملکرد بستر کاتالیستی خواهد شد. همچنین با کاهش این ضریب، دمای بستر و دمای دیواره بیرونی افزایش و دبی جرمی عبوری کاهش می‌یابد. کاهش ضریب تخلخل بستر از0/65 تا 0/4، سبب حدود 40% افت فشار بستر نسبت به فشار ورودی اولیه و همچنین حدود 40% کاهش در دبی جرمی عبوری از بستر می‎گردد. بنابراین بررسی این پارامتر می‌تواند کمک شایانی به محققین در تعیین و بهینه سازی راندمان محفظه تجزیه بنماید.

numerical study of catalyst bed performance of a monopropellant thruster under influence of porosity coefficient

hydrazine monopropellant thrusters are commonly used in the situation control and orbital transmission systems of satellites and space crafts. in these thrusters, hydrazine is decomposed into a hot gas product after passing through the catalyst bed during an exothermic reaction. the decomposition chamber of a monopropellant thruster is numerically modeled at the pore scale. then the effect of catalyst bed porosity coefficient, which is the most important parameter affecting the performance of the decomposition chamber, is investigated. simulations were performed in two-dimensional axial symmetry as the steady flow in the gas phase. catalyst granules with an average diameter of 1 mm with three porosity coefficients of 0.4, 0.55, and 0.65 have been considered and the inlet pressure of the decomposition chamber has been considered to 15 bar. the results showed that the porosity coefficient has a very significant effect on the performance of the catalyst bed so that by decreasing this coefficient, the decomposition of hydrazine increases, the bed temperature, and outer wall temperature increase, and the mass flow rate decreases. reducing the bed porosity coefficient from 0.65 to 0.4 causes about a 40% drop in the bed pressure compared to the initial inlet pressure and also about a 40% reduction in the mass flow rate through the bed. therefore, the study of this parameter can greatly help the researchers in determining and optimizing the efficiency of the decomposition chamber.