اثرات فرآیند گرمایش و تبخیر قطره بر ناپایداری احتراق فرکانس پایین

نوع مقاله: طرح پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناس ارشد، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

2 استادیار، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران

3 دانشجوی دکترا، مجتمع دانشگاهی هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیرالدین طوسی، تهران

چکیده

در پژوهش حاضر، ناپایداری احتراق فرکانس پایین با استفاده از مدل تأخیر زمانی ساچ و ونزل بررسی شده است. برای تحلیل اثر تبخیر بر ناپایداری احتراق از تأخیر زمانهای تبخیر مربوط به سوخت و اکسیدانت استفاده شده است، و در نتیجه مرزهای پایداری عملکرد موتور بدست آمده است. در محفظه احتراق هر یک از فرآیندهای اتمیزاسیون، تبخیر، اختلاط، و اشتعال دارای تأخیر زمانی مربوط به خود است، که در این میان، زمان تأخیر تبخیر غالب بوده و به عنوان فرآیند کنترل کننده احتراق در نظر گرفته شده است. بنابراین با این فرض، زمان تبخیر که از مرحله قبل بدست آمده در معادلات تبخیر قطره وارد گردیده و با استفاده از مدل تبخیر ITC و معادلات بقای جرم، انرژی، خواص ترموفیزیکی سوخت میزان انتقال جرم و حرارت در قطره تحلیل می‌گردد. در نهایت قطر قطره‌ای را که در زمان فوق تبخیر گردیده و احتراق پایداری ایجاد شده، محاسبه گردیده است. برای این کار نرم افزاری تهیه شده است. براساس محاسبات انجام گرفته، برای زمان تأخیر تبخیر 1.4 میلی ثانیه، قطر قطره برای هپتان نرمال 123.4 میکرون بدست آمده است.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Fang J (1984) Application of combustion time lag theory to combustion stability analysis of liquid and gaseous propellant rocket engines. AIAA Paper.

[2]  Crocco L, Cheng SI (1956) Theory of combustion instability in liquid propellant rocket motors. Butterworths Publications Ltd, London.

[3] Wenzel LM, Szuch J (1965) Analysis of chugging in liquid-bipropellant rocket engines using propellants with different vaporizations rates. NASA TN D-3080.

[4]  Heidmann MF, Sokolowski DE, Diehl LA (1967) Study of chugging instability with liquid-oxygen and gaseous- hydrogen combustors. NASA TND-4005.

[5]  Wood DJ, Dorsch R (1967) Effect of propellant feed system coupling and hydraulic parameters on analysis of chugging. NASA TN D-3896.

[6] Kahn DR (1975) Orbital maneuvering engine-feed system coupled stability investigation. NASA CR-150944.

[7]  Lim KC, George PE (1987) Combustion stability analysis of preburners durng engine shutdown. AIAA Paper.

[8]  Ordonneau G (2000) Analysis and modeling of VULCAIN engine shutdown transient chugging. ONERA TP.

[9] Abramzon B, Sirignano WA (1989) Droplet vaporization model for spray combustion calculations. Int J Heat Mass Trans 32(9): 1605-1618.

[10] Bertoli C, Migliaccio M (1999) A finite conductivity model for diesel spray evaporation and computations, Int J Heat Fluid Flow 20: 552-561.

[11] Renksizbulut M, Yuen MC (1983) Experimental study of droplet evaporation in a high temperature air stream. ASME J Heat Transfer 105: 384-388.

[12] Zeng Y, Lee CF (2002) A preferential vaporization model for multicomponent droplets and sprays. Atomization Sprays.

[13] Wakil MM, Uyehara OA, Myers PS (1954) A theoretical investigation of the heating-up period of injected fuel droplets vaporizing in air. NACA Technical Note 3179.

[14] Reitz RD (1987) Modelling atomisation process in high-pressure vaporizing spray, atomisation and spray technology 3: 309-337.

[15] Harrje DT, Reardon FH (1972) Liquid propellant rocket combustion instability. NASA, NASA SP-194, Washington, DC.

[16] Ogata K (2002) Modern control engineering. 4th edn. Prentice-Hall, Inc., Upper Saddle River, NJ.

[17] Natanzon MS (1999) Combustion instability. Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA 222, Reston, VA.

[18] Bellen A,  Zennaro M, Golub GH, Schwab C, Light WA, Süli E (2003) Numerical methods for delay differential equations. Clarendon Press, Oxford.

[19] Lefebvre  AH (1989) Atomization and sprays. Hemisphere, Washington, DC.

[20] Sirignano WA (1999) Fluid dynamics and transport of droplets and sprays. Cambridge, Cambridge University Press.

[21] Dombrovsky LA, Sazhin SS, Sazhina EM, Feng G, Heikal MR, Bardsley MEA, Mikhalovsky SV (2001) Heating and evaporation of semi-transparent diesel fuel droplets in the presence of thermal radiation. Fuel 80(11): 1535-1544.

[22] Sazhin SS, Abdelghaffar WA, Sazhina EM, Mikhalovsky SV, Meikle ST, Bai C (2004) Radiative heating of semi-transparent diesel fuel droplets. ASME J Heat Trans 126: 105-109.

[23] "MATLAB®," The Mathworks, Inc., 1984-2009.

[24] Yaws CL (1999) Chemical properties handbook. McGraw-Hill, New York.

[25] Yin C (2015) Modelling of heating and evaporation of n-Heptane droplets: Towards a generic model for fuel droplet/particle conversion. Department of Energy Technology, Aalborg University, 9220 Aalborg East, Denmark, ScienceDirect 64-73.

[26] Ramezani AR (2013) Determine the range of  stability of low frequency, combustion chamber of liquid rocket engines  in terms of performance of thrust change. Iranian Combustion Institute 6(2). (In Persian)