بررسی عددی جریان در آزمایشگاه شبیه‌ساز ارتفاع در زمان خاموشی موتور

در تحقیق حاضر عملکرد یک آزمایشگاه شبیه‌ساز ارتفاع در زمان خاموش شدن یک موتور با رویکرد شبیه‌سازی عددی جریان مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل عددی غیردائم جریان گازهای احتراقی در هسته اصلی شبیه‌ساز ارتفاع (دیفیوزر گلوگاه ثانویه و محفظه آزمایش) با پروفیل فشارزمان خاموشی موتور انجام شده است. فیزیک جریان در این سیستم و عملکرد دیفیوزر مورد استفاده در تخلیه خودکار گازهای احتراقی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی‌های عددی حاضر نشان می‌دهند که علی‌رغم اینکه دیفیوزر مزبور در فشار احتراق بالایی راه‌اندازی می‌شود، در زمان خاموشی موتور در فشار احتراق به مراتب پایین‌تری از حالت راه‌اندازی خارج می‌شود. با برگشت گازهای گرم به داخل محفظه آزمایش، دمای متوسط سیال داخل محفظه تا k 2200 افزایش می‌یابد. این میزان افزایش دمای سیال داخل محفظه آزمایش ممکن است به ابزارهای اندازه‌گیری موجود در آن آسیب برساند. در ادامه تحقیق، تاثیر نصب محدود کننده جریان برگشتی با ارتفاع مختلف در تغییرات دمایی سیال داخل محفظه آزمایش در زمان خاموشی موتور مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که تاثیر نصب این مانع در کاهش دمای متوسط سیال محفظه آزمایش چشم‌گیر است، به طوریکه با نصب یک مانع با ارتفاع مناسب، دمای سیال در محفظه به کمتر از یک سوم برابر حالت بدون استفاده از محدود کننده کاهش می‌یابد.

Numerical investigation of flow transient phase of motor burnout in an altitude test simulator

In this research, the performance study of an altitude test simulator at transient phase of motor burnout is conducted by numerical approach. Using a time dependent pressure profile of a motor in burnout phase, the unsteady exhaust flow is simulated in the main sections of the altitude test simulator, i.e. high expansion ratio nozzle, second throat exhaust diffuser, and vacuum chamber. Present investigation shows that in spite of the high pressure starting condition of the altitude simulator, the supersonic flow in the diffuser tends to breakdown at relatively low combustion pressure in the motor terminating phase. At the breakdown condition, the nozzle exhaust hot gases directed into the vacuum chamber through the annular gap between nozzle and diffuser walls. Present simulation shows that the overall temperature of fluid in vacuum chamber is reached up to 2000 K after the motor burnout. Really, It is potentially dangerous for measurement instruments inside the vacuum chamber. Furthermore; in this research, the influences of backflow arrester (BFA) in variations of vacuum chamber temperature are studied at this transient terminating phase. It has been shown that, the BFA can decrease the exhaust streaming into the chamber in initial breakdown periods. Results show that utilizing a suitable BFA size, the safe temperature condition could be established in vacuum chamber during and after the transient terminating phase of motor.