مطالعه عددی اثر تحریک جریان ورودی بر عملکرد یک انژکتور هم‌محور برشی تحت شرایط گذربحرانی

مطالعه دینامیک جت‌های گذربحرانی و فرابحرانی، به‌سبب گستردگی کاربرد آن‌ها در موتورهای راکتی سوخت مایع، از اهمیت بالایی برخوردار است. برخلاف شرایط فروبحرانی که در آن با پاشش سیال به داخل محفظه و جدا شدن لیگامنت‌ها از سطح مایع و شکست آن‌ها به قطرات، فرآیند ناپایداری جت و تکمیل عملیات اسپری سیال صورت می‌گیرد، در شرایط فرابحرانی هیچ اثری از وجود قطره مشاهده نمی‌شود.در این مقاله، جهت مطالعه دینامیک اختلاط جت‌های گذر/فرابحرانی تحت شرایط تحریک، ابتدا فرکانس‌های غالب میدان جریان ناشی از یک انژکتور هم‌محور برشی دوپایه، با قرار دادن پراب‌هایی شناسایی شده و در ادامه مولفه سرعت ورودی‌ پیشرانه‌ها با این فرکانس غالب نوسانی شده‌است. مولفه مرکزی این انژکتور، نیتروژن کرایوژنیک مایع (به‌عنوان اکسنده) و مولفه پیرامونی آن نیتروژن گازی (به‌عنوان سوخت) است. حل عددی و سه‌بعدی این مساله با درنظر گرفتن یک قطاع 35 درجه‌ای و استفاده از مدل les برای توربولانس و همچنین معادله حالت پنگ-رابینسون و روش چانگ به‌ترتیب برای تعیین خواص ترمودینامیکی و انتقالی سیال واقعی صورت گرفته است.آنالیز نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهد که اعمال نوسانات موجب بزرگ‌تر شدن ساختارهای گردابه‌ای ناشی از ناپایداری کلوین-هلمهولتز، خصوصا در جت گازی فرابحرانی شده و اختلاط آشفته تقویت می‌شود. همچنین دیواره حرارتی پیرامون جت سرد مرکزی، که ناشی از پدیده شبه‌جوشش بوده و با بیشینه cp تعیین می‌شود، ضعیف‌تر شده و این موضوع به تبادل بهتر و بیشتر انرژی به هسته جت مرکزی و بهبود اختلاط جت کمک می‌کند.