نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس محقق، پژوهشکده رانشگرهای فضایی، تبریز، ایران

2 پژوهشگر / پژوهشکده رانشگرهای فضایی، پژوهشگاه فضایی ایران، تبریز، ایران

3 استادیار/ پژوهشکده رانشگرهای فضایی-پژوهشگاه فضایی ایران

4 پژوهشگاه فضایی ایران

چکیده

جریان برگشتی پدیده‌ای است که به علت افزایش فشار بالادست جریان نسبت به فشار پایین دست ایجاد می‌شود. در نازل‌های همگرا- واگرا با افزایش فشار در خروجی نسبت به فشار طراحی، پدیده جریان برگشتی در قسمت واگرا مشاهده می‌شود که باعث کاهش سرعت خروجی و نیروی رانش می‌شود. در این مقاله ابتدا یک نازل همگرا- واگرا با ابعاد مناسب فشار خلاء انتخاب شد و جریان پیشران که در این پژوهش بوتان در نظر گرفته شده است، برای فشارهای خروجی برابر با فشار خلاء و فشار جو با روش حجم محدود شبیه‌سازی شد. مشاهدات حاکی از آن است که در شرایط فشار جو، جریان برگشتی در نازل به وجود می‌آید. به منظور تعیین نسبت انبساط‌ سطح مناسب برای نازل به منظور کارکرد در شرایط فشار جو، جریان در داخل نازل برای نسبت انبساط‌ سطح‌های مختلف شبیه‌سازی شد و سرعت محوری میانگین در خروجی این نازل‌ها به دست آمد. با توجه به نتایج حاصل، مناسب‌ترین نسبت انبساط‌ سطح دارای بیشترین سرعت محوری میانگین است. همچنین، به منظور صحه‌گذاری نتایج به دست آمده از شبیه‌سازی عددی، چهار نازل با نسبت‌های انبساط‌ سطح متفاوت ساخته شد و نیروی رانش به دست آمده از آزمون تجربی آنها بر روی استند اندازه‌گیری با نتایج معادل حاصل از شبیه‌سازی مقایسه شدند

کلیدواژه‌ها

##[1] G. Cican, V. Stanciu and D. Crunteanu,” Analytical and Numerical Study of the Nozzle Jet”, UPB Scientific Bulletin, Series D: Mechanical Engineering, Vol. 76, No. 1, pp: 37-44, 2014.##
##[2] V. Tapasvi, M.S. Gupta and T. Kumaraswamy, “Designing and Simulating Compressible Flow in a Nozzle”, International Journal of Engineering and Advanced Technology, Vol. 4, No. 6, pp: 46-54, 2015.##
##[3] O.J. Shariatzadeh, A. Abrishamkar and A.J. Jafari, “Computational Modeling of a Typical Supersonic Converging-Diverging Nozzle and Validation By Real Measured Data”, Journal of Clean Energy Technologies, Vol. 3, No. 3, pp: 220-225, 2015.##
##[4] V. Ramji, R. Mukesh, and H. Inamul, “Design and Numerical Simulation of Convergent Divergent Nozzle”, Applied Mechanics and Materials, Vol. 852, pp: 617-624, 2016.##
##[5] A. Balabel, A.M. Hegab, M. Nasr, and S.M. El-Behery, ”Assessment of Turbulence Modeling for Gas Flow in Two-Dimensional Convergent–Divergent Rocket Nozzle”, Applied Mathematical Modelling, Vol. 35, pp: 3408–3422, 2011.##
##[6] M. Susila, N. Akhil, J.A. Tennyson and Gh. Somnath, ”Large-Eddy Simulation of Compressible Turbulent Flow in Convergent-Divergent Nozzles with Isothermal Wall”, International Journal of Heat and Fluid Flow, Vol. 78, 2019.##
##[7] M.W. Khalid, and M. Ahsan, “Computational Fluid Dynamics Analysis of Compressible Flow Through a Converging Diverging Nozzle Using the K-ε Turbulence Model”, Engineering, Technology & Applied Science Research, Vol, 10, No. 1, pp: 5180-5185, 2020.##
##[8] B.P. Madhu, S. Syed, K.M. Kalyana, and G. Mahendra Mani, “CFD Analysis of Convergent-Divergent and Contour Nozzle”, International Journal of Mechanical Engineering and Technology, Vol. 8, No. 8, pp: 670-677, 2017. ##
##[9] A. Khan, A. Aabid, and S.A. Khan, “CFD Analysis of Convergent-Divergent Nozzle Flow and Base Pressure Control Using Micro-JETS”, International Journal of Engineering & Technology, Vol. 7, No. 3.29, pp: 232-235, 2018.  ##
##[10] K.A. Pathan, S.A. Khan, and P.S. Dabeer, “CFD Analysis of Effect of Mach Number, Area Ratio and Nozzle Pressure Ratio on Velocity for Suddenly Expanded Flows”, Proceedings of the IEEE , pp:1104-1110, 2017. ##
##[11] M.H. Hamedi-Estakhrsar, H. Mahdavy-Moghaddam, and M. Jahromi, “Investigation of Effects of Convergence and Divergence Half-Angles on the Performance of a Nozzle for Different Operating Conditions”, Journal of the Brazilian Society of Mechanical Sciences and Engineering, Vol. 40, No. 353, 2018.   ##
##[12] A.S. Swaroopini, M.G. Kumar and T.N. Kumar, “Numerical Simulation and Optimization of High Performance Supersonic Nozzle at Different Conical Angles”, International Journal of Research in Engineering and Technology, Vol. 4, No, 9, pp: 268-273, 2015.  ##
##[13] K. Bhide, K. Siddappaji, and Sh. Abdallah, “Aspect ratio Driven Relationship between Nozzle Internal Flow and Supersonic Jet Mixing”, Aerospace, Vol. 8, No. 78, 2021.   ##
##[14] I. Olaru, “A Study of Fluid Flow Simulation in Convergent-Divergent Nozzles”, Materials Science and Engineering, Vol. 95, No. 012048, 2015. ##
##[15] D. Djamal, Kh. Mohamed, and A. Alim Rüstem, “RESISTOJET Propulsion System for Small Satellite”, 9th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST), Istanbul, Turkey, 2019.##
##[16] N. Akbar Najjar, D. Dandotiya, and A. Najar, Farooq ., “Comparative Analysis of K-ε and Spalart-Allmaras Turbulence Models for Compressible Flow through a Convergent-Divergent Nozzle”, The International Journal Of Engineering And Science, Vol. 2, No. 8, pp: 08-17, 2013. ##
##[17] P. R. Spalart and S. R. Allmaras, “A One Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows”, Recherche Aerospatiale, Vol. 1, pp: 5-21, 1994.    ##
##[18] R. Ranjan, S. K. chou, F. Riaz and K. Kartikeian, “Cold gas micro propulsion development for satellite application”, Energy Procedia, Vol. 143, pp. 754-761, 2017.##