مطالعه عددی راندمان احتراق و افت فشار در احتراق مافوق صوت

مطالعه‌ای عددی برای بررسی پدیده احتراق در محفظه احتراق موتور اسکرمجت همراه با تزریق سوخت از یک گوه‌ی با زوایای مختلف (11، 12، 17 و 20 درجه) انجام شد. در این محفظه احتراق، هوا با عدد ماخ 2 و سوختِ هیدروژن با عدد ماخ نزدیک 1 وارد می‌شوند. میدان جریان آشفته مورد نظر توسط معادلات میانگین‌گیری شده ناویر-استوکس (rans) در حالت پایا شبیه‌سازی شد. در این شبیه‌سازی از مدل آشفتگی k -ɛ realizable برای مدل سازی آشفتگی و از مدل نرخ محدود/ اضمحلال گردابه برای مدل‌سازی احتراق استفاده شد. مقایسه‌ای نیز بین نتایج روش عددی و نتایج روش تجربی انجام شد که دقت و قابلیت شبکه محاسباتی و روش عددی را برای مطالعه جریان مذکور نشان داد. نتیجه حاصله این بود که با افزایش زاویه گوه، بازده احتراق از نزدیک 63 درصد تا 67 درصد افزایش می‌یابد اما در طرف دیگر با افزایش زاویه، امواج ضربه‌ای تقویت می‌شوند و افت فشار کل نیز بیش‌تر می‌شود. بدین ترتیب برای داشتن حالت بهینه برای تولید نیروی رانش، باید مصالحه‌ای بین راندمان احتراق و افت فشار کل توسط طراح انجام بگیرد.

numerical study of combustion efficiency and pressure loss in supersoniccombustion

a numerical study on combustion phenomenon in a scramjet combustion chamber with fuel injection from different wedge angles(11, 12, 17 and 20 degrees) was done. in this combustion chamber, the mach numbers of inflow air and hydrogen fuel are 2 and 1respectively. the considered turbulent flow field was simulated by rans equations in steady state form. in the present simulations,a realizable k  turbulence model was selected for turbulence simulation and also finite-rate/eddy-dissipation model was used forcombustion simulation. a comparison was done between numerical and experimental results and accuracy of numerical methodverified. these simulations were performed in ansys fluent commercial software. results showed that with increase of wedgeangle, the combustion efficiency rises from 63 to 67 percent. on the other hand, an increase in wedge angle results in stronger shockwaves and also total pressure loss increases. therefore, a compromise should be done by designer from both sides to get an efficientthrust.