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


عنوان مقاله [English]

Studying wall shear layer in ultrasonic cavity flow using numerical simulation

نویسندگان [English]

  • Ali Mirmohammadi 1
  • Saeed Rostaiy 2
1 Department of mechanical engineering, Faculty of automotive engineering, Tehran, Iran
2 أانشجو
چکیده [English]

Ultra sonic Ram-Jet and Scram-Jet are high technology engines in aerospace industries. Scram-Jet engine can achieve higher velocity than common Ram-Jet, because its combustion is done in ultrasonic velocity. Combustion in ultrasonic velocity needs stability. Since cavities are very important in combustion stability of ultrasonic reaction flows, in this paper different parameters effects of ultrasonic cavity flow wall shear layer was solved using different turbulence modeling and studied with numerical simulation. Firstly, the best turbulence model in solution precision and speed introduced for wall shear layer solution in ultrasonic cavity flow. Then after model selection, solution continued for different cavity wall angle and its results compared. The results shown that SST-k-ω turbulence model is the best model in precision and speed for ultrasonic cavity flow wall shear layer solution, also the results of different angles for back normal wall in this research shown that in cavity with steep angle temperature increase sharply, thus the temperature is very important parameter in indicating angle value and the limitation of the melting point used may affect the angle selection.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ram-Jet
  • Scram-Jet
  • Combustion Stability
  • SST-k-ω model
  • Cavity shear layer
  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.