بررسی تجربی عملکرد راه‌اندازی یک دیفیوزر مافوق‌صوت در تست نازل مخروطی با نسبت انبساط مختلف

یکی از پارامترهای مهم در عملکرد راه‌اندازی دیفیوزر شبیه‌ساز ارتفاع بالا، نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع خروجی نازل است. افزایش این نسبت سطح باعث افزایش طول انبساط جریان مافوق‌صوت و بروز ناپایداری در فرایند راه‌اندازی دیفیوزر می‌شود. در پژوهش حاضر، اثر نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع خروجی نازل مخروطی، بر عملکرد راه‌اندازی تدریجی یک دیفیوزر گلوگاه ثانویه به‏صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی، آزمایش‌ها با چهار نازل با نسبت انبساط مختلف و با در نظر گرفتن رویکرد افزایش تدریجی فشار محفظه نازل توسط یک منبع هوای پرفشار، انجام شده است. بررسی‌ها نشان می‌دهد که در نسبت‌های سطح مقطع بالا قبل از راه‌اندازی دیفیوزر، به‏دلیل ناپایدار شدن جریان در ورودی دیفیوزر نوسانات شدیدی در فشار محفظه آزمون ایجاد می‌شود. با تحلیل فرکانسی فشار محفظه خلاء مشاهده می‌شود که با افزایش نسبت سطح مقطع، تعداد مود‌های نوسانی فشار محفظه خلاء افزایش یافته و فرکانس غالب نوسانات قبل از حالت راه‌اندازی دیفیوزر بزرگ‌تر می‌شود. همچنین مشاهده شد که به‏طورکلی با افزایش نسبت سطح مقطع، مقدار فشار موتور متناظر با شروع نوسانات کاهش می‌یابد. علاوه بر این، مطابق بررسی‌های انجام شده با افزایش نسبت سطح مقطع از 1.27 تا 7.81، کمینه فشار موتور راه‌اندازی دیفیوزر به میزان 20.33 درصد افزایش می‌یابد.

experimental investigation of supersonic diffuser starting performance in conical nozzle test with different area ratio

one of the most important parameters in the operation of the diffuser of the vacuum simulator is the ratio of the cross-sectional area of the diffuser inlet to the outlet cross-section of the nozzle. increasing this parameter increases the expansion length of the supersonic flow and causes instability in the process of starting up the diffuser. in the present study, the effect of the different diffuser inlet to nozzle exit area ratio (ad/ae) on the starting performance of a second throat exhaust diffuser has been investigated experimentally. vacuum simulation tests have been carried out on several conical nozzles with different exit area by a high-pressure air apparatus. investigations show that at high ad/ae before starting the diffuser, oscillations in the pressure of the test chamber are created due to the instability of the flow at the diffuser inlet. by frequency analysis of the vacuum chamber pressure, it is observed that as ad/ae increases, the number of oscillatory modes of the vacuum chamber pressure increases and the dominant frequency of the oscillations before starting the diffuser becomes larger. it was also observed that, generally, with the increase of ad/ae the amount of motor pressure corresponding to the start of oscillations decreases. in addition, according to the investigations, with the increase of ad/ae from 1.27 to 7.81, the minimum starting pressure of second throat exhaust diffuser increases by 20.33 %.