مدل‌سازی و شبیه‌سازی تلاطم سوخت در مخزن با استفاده از مدل پاندولی

هدف از ارائه مقاله، تبیین روش مدل سازی و شبیه سازی تاثیرات استارت سامانه پیشرانش ماهواره یا فضاپیما بر تلاطم (تکانه) سوخت درون مخزن با استفاده از مدل پاندولی در شرایط جاذبه ناچیز است. به عبارت دیگر، هدف اصلی در این مقاله مطالعه خاص تلاطم سوخت و گاز فشارگذاری (نسبت به یکدیگر)، صرف نظر از نقش سامانه مدیریت پیشرانش در مخزن سوخت است. برای این منظور حرکت تلاطم های سوخت درون مخزن در نرم افزار دینامیک سیالات فلوئنت براساس مدل پاندولی، ایجاد شده است. بر این اساس، روندنمای مطالعه بدین صورت است که ابتدا ورودی های روندنمای (تحریک ورودی به مخزن، حجم سوخت و گاز بالشتک، بارگذاری ها و مشخصات ابعادی و غیره) تعیین و سپس مخزن مدل سازی و طراحی می شود و در نهایت شبیه سازی تلاطم سوخت درون مخزن در شرایط جاذبه ناچیز صورت می پذیرد. خروجی مدل سازی و شبیه سازی تلاطم سوخت که شامل نرخ میرایی تلاطم و تعیین مقدار آن در لحظه 20ثانیه از شبیه سازی، کانتور تغییرات سرعت، کانتور جهت سرعت در مخزن و همچنین کانتور موقعیت سوخت و گاز نسبت به یکدیگر در لحظات 0.2، 0.4 و یک ثانیه است. دقت نتایج به دست آمده با استفاده از نتایج آزمایشگاهی نمونه مشابه مورد ارزیابی قرار گرفته است.

Modeling and Simulation of Fuel Sloshing in Tank by Pendulum Model

The aim of this article is to present the methodology for modeling and simulation of start effects in spacecraft or satellite's propulsion system on the fuel sloshing in the tank by pendulum model in microgravity conditions. In other words, the main aim of this paper is pure sloshing study of fuel and ullage gas relative movement, neglecting the role of Propellant Management Device (PMD). To this end, fuel sloshing in tank is performed by utilizing the Fluent software based on pendulum model. Firstly, algorithm inputs are determined (exiting input, fuel and ullage gas volume, loading, dimensional specifications, etc.); then, tank is modeled and designed and, finally, fuel sloshing simulation in microgravity conditions is developed. Fuel sloshing modeling and simulation outputs include determining the sloshing damping rate and its value in the simulation at 20 sec, velocity variation contour, velocity direction contour in the tank, and also ullage gas and fuel relative location in 0.2, 0.4, and 1 sec. The accuracy of the obtained results has been evaluated with the similar experimental results.