طراحی و تحلیل انژکتور سوخت‏پاش فشاری-پیچشی با اسپری توپر برای رانشگر کاتالیستی

رانشگرهای تک‌مولفه‌ای سیستم کنترل وضعیت، یک نیاز برای توسعه و کاربردی‌سازی ماهواره‌ها و کپسول‏های فضایی هستند که از فناوری بالا و گران‌قیمتی نیز برخوردارند. در این مقاله، طراحی و محاسبات یک انژکتور فشاری- پیچشی با اسپری مخروطی توپر به عنوان انژکتور سوخت یک رانشگر تک‎مولفه‎ای کم‌پیشران، ارائه شده است. برای این انژکتور، شبیه‎سازی جریان داخلی به منظور پیش‌بینی مشخصه‌های جریان خروجی آن شامل زاویه مخروط پاشش، توزیع سرعت خروجی، دبی جرمی، الگوی پاشش و غیره انجام گرفته است. بدین منظور، از روش حجم سیال vof استفاده شده و آشفتگی جریان نیز با استفاده از مدل k-ε شبیه‌سازی شده است. این نوع انژکتور، در واقع ترکیبی از انژکتور جریان مستقیم و انژکتور گریز از مرکز است. جریان مستقیم در مرکز انژکتور و جریان پیچشی در کنار دیواره انژکتور جریان دارد. اگر نسبت دهانه‎های خروجی به درستی انتخاب شود، توزیع شعاعی و محیطی جت مایع یکنواخت می‎شود. این انژکتور برای سامانه‎های کم‎پیشران نسبت به نوع کاپیلاری (جریان مستقیم) و جریان پیچشی ارجحیت دارد. زیرا هم چتر پاشش مخروطی توپر و بزرگتری نسبت به نوع جریان مستقیم دارد که پوشش‎دهی کاتالیست را بهتر می‎کند، در عین حال چتر پاششی که ایجاد می‏کند به بزرگی انژکتور جریان پیچشی نیست که ابعاد شعاعی محفظه را بزرگ کند. با بررسی نتایج، این اطمینان حاصل شد که انژکتور طراحی شده، دبی جرمی مورد نظر (حدود 5.8 گرم بر ثانیه) را در اختلاف فشار معین طراحی (3 بار نسبی) تامین می‎کند و الگوی پاشش مناسبی رقم می‎زند. همچنین زاویه پاشش مورد نظر (حدود 35 درجه) نیز توسط آن تامین می‌شود

design and analysis of pressure- swirl fuel injector with full- cone spray for catalytic thruster

the monopropellant thrusters of the situation control system are a requirement for the development and application of satellites and space capsules in space, which are high-tech and expensive. in this paper, the design and simulation of a pressure- swirl injector with full-cone spray as a fuel injector of a monopropellant thruster are presented. for this injector, internal flow simulation was performed in order to predict its output flow characteristics including spray cone angle, output velocity distribution, mass flow rate, spray pattern, etc. for this purpose, vof fluid volume method is used and the flow turbulence is simulated using the k-eps model. this type of injector is actually a combination of straight flow injector and swirl flow injector. jet straight flow in the center of the injector and swirl flow along the injector wall are flowed. both flow regimes are combined in the swirl chamber and the spray is formed as a full-cone. if the ratio of the outlets is selected correctly, the radial and environmental distribution of the liquid jet will be uniform. this injector is preferred to the capillary type (straight flow) and the swirl type. the pressure-swirl injector spray angle is larger than the capillary type, which improves the coverage of the catalyst bed, at the same time, spray angle is not as large as the swirl injector, which enlarges the radial dimensions of the decomposition chamber. based on the results, it was ensured that the injector provides the desired mass flow rate (about 5.8 gr/s) at a certain design pressure difference (3 bar) and determines a suitable spray pattern. it also provides the desired spray angle (about 35).