بررسی عددی جریان لایه برشی فراصوتی در حفره دیواره

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 عضو هیات علمی دانشگاه تربیت دبیر شهید رجایی

2 دانشجوی کارشناسی ارشد

چکیده

رم‌جت فراصوت و یا اسکرم‌جت نوع پیشرفته‌تر موتورهای صنعت هوا فضاست. انجام احتراق این نوع موتورها در سرعت فرا صوت باعث می‌شود که اسکرم‌جت بتواند به سرعت­هایی بالاتر از سرعت رم‌جت­های متداول برسد. احتراق در سرعت‌های فراصوت نیاز به پایداری دارد. چون حفره­ها در پایداری احتراق جریان­های واکنشی فراصوتی در اسکرم­ جت­ها اهمیت زیادی دارند، در این مقاله، با شبیه­ سازی­ جریان لایه­ برشی حفره با استفاده از مدل‌های مختلف اغتشاشی، اثر عوامل مختلف در این نوع جریان­ها بررسی شد. ابتدا، با کمک مدل­سازی جریان با مدل­های مختلف اغتشاشی بهترین مدل، ازنظر دقت و سرعت حل، برای شبیه‌سازی جریان‌های لایه­ برشی حفره معرفی شد. سپس، به­ کمک مدل انتخاب ­شده، حل­هایی برای زوایای مختلف دیوار حفره انجام شد و نتایج با هم مقایسه شد. نتایج نشان داد که مدل اغتشاشیSST-k-ω ، ازنظر دقت و سرعت، بهترین مدل برای حل مسائل مربوط به لایه بررشی حفره است. همچنین، در این تحقیق، زوایای مختلف درنظر گرفته­شده برای دیوار عمودی پشت نشان داد که دما در حفره ­ها با زاویه تند به ­شدت افزایش می‌یابد. بنابراین، دما عامل مهمی در تعیین زاویه خواهد بود و ممکن است محدودیت نقطه ذوب مواد به­کاررفته انتخاب زاویه را تحت تاثیر قرار دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  1. H. Wang, P. Li, M. Sun and J. Wei, “Entrainment characteristics of cavity shear layers in supersonic flows,” Acta Astronautica, 137, 2017, pp.214-221.
  2. P. E. Dimotakis “Two-dimensional shear-layer entrainment,” AIAA Journal, 11, No. 24 , 1986, pp.1791-1796.
  3. P. S. Lowery, W. C. Reynolds and N. N. Mansour “Passive scalar entrainment and mixing in a forced, spatially-developing mixing layer,” AIAA Paper 87-0132, 1987.
  4. C. W. Rowley, T. Colonius and A. J. Basu, “On self-sustained oscillations in two-dimensional compressible flow over rectangular cavities,” Journal of Fluid Mechanics, 455, 2002, pp. 315-346.
  5. S. J. Beresh, J. L. Wagner and K. M. Casper, “Compressibility effects in the shear layer over a rectangular cavity [R],” AIAA Paper 2016-3313, 2016.
  6. K. M. Kim, S. W. Baek and C. Y. Han, Numerical study on supersonic combustion with cavity-based fuel injection [J],” International Journal of Heat and Mass Transfer, 47,  2004, pp. 271-286.
  7. T. Mathur, M. Gruber, K. Jackson, J. Donbar, W. Donaldson, T. Jackson, F. Billig, “Supersonic combustion experiments with a cavity-based fuel injector,” Journal of Propulsion and Power, 17, No. 6, 2001, pp. 1305-1312.
  8. M. R. Gruber, R. A. Baurle, T. Mathur, K. Y. Hsu, “Fundamental studies of cavity-based flame holder concepts for supersonic combustors,” Journal of Propulsion and Power, 17, No. 1, 2001, pp. 146-153.