تحلیل عددی و تجربی فناشوندگی در نازل‌های گرافیتی موتورهای سوخت جامد

سپرهای حرارتی نقش مهمی در موتورهای سوخت جامد ایفا می‌کنند. کاربرد زیاد سپرهای حرارتی در گلوگاه این موتورها، به‌دلیل تاثیر خوردگی این ناحیه بر فشار محفظه احتراق و نهایتاً بازده حرارتی موتور، موجب اهمیت مطالعه سپرهای حرارتی شده است. پیش‌بینی صحیح مقدار پسروی سطح گلوگاه، منجر به طراحی بهینه موتور، به‌ویژه در موتورهایی با زمان سوزش بالا می‌شود. در این پژوهش، خوردگی نازل گرافیتی در موتورهای سوخت جامد برای یک سوخت مرکب با ترکیب خاص مورد بررسی قرار گرفته است. مدل عددی استفاده‌شده شامل حل معادلات ناویر استوکس جریان سیال، معادلات ترمودینامیکی داخل موتور، معادلات ترموشیمی و هدایت حرارتی سطح نازل است. جهت اعتبارسنجی نتایج مدل عددی، یک موتور سوخت جامد کامل از نوع کارتریجی با نازل گرافیتی و سوخت با پایه پلی استری آزمایش و توسط دستگاه اسکنر سه‌بعدی مقدار خوردگی سطح داخلی نازل اندازه‌گیری شده است. مقایسه نتایج بیانگر مطابقت خوب خروجی مدل عددی با داده‌های تجربی (با اختلاف در حدود 4 درصد) در گلوگاه و حوالی آن است. نتایج تجربی نشان می‌دهد که مقدار فناشوندگی در ناحیه ورودی گلوگاه بیشترین مقدار را دارد و در ناحیه واگرایی نازل، تقریباً ثابت و برای موتور تست‌شده حدود 0/2 میلی‌متر است. این نتایج به‌دلیل تاثیر قابل توجه خوردگی و تغییر هندسه گلوگاه نازل بر بازده حرارتی موتور، حائز اهمیت است و می‌تواند در تحلیل و طراحی موتورهای سوخت جامد استفاده شود.