مطالعه عددی پاشش متقاطع جت های صوتی دو-مرحله ای در جریان عرضی مافوق صوت بعد از یک پله

Abstract

مخلوط شدن مناسب سوخت و هوا تأثیر زیادی بر احتراق کارآمد در محفظه‌های احتراق موتورهای اسکرمجت دارد. در طراحی موتورهای اسکرمجت، اختلاط کافی بین جریان هوای مافوق صوت و جت سوخت پاشش شده یک مسأله حیاتی است و به دلیل زمان اقامت خیلی کوتاه مخلوط در جریان مافوق صوت، پایداری احتراق بسیار مشکل می‌باشد. زمان اقامت سیال در یک موتور اسکرمجت فقط در حدود چند میلی‌ثانیه است. لذا تحقیق بر روی پاشش و انتشار سوخت یک مسأله بسیار مهم در طراحی این موتورها می‌باشد. در این مقاله پاشش متقاطع دو-مرحله‌ای جت صوتی دایروی به درون جریان مافوق صوت بعد از پله به صورت عددی بررسی شده است. در مقایسه با پاشش موازی، پاشش متقاطع عمق نفوذ سوخت بهتر و ترکیب مناسب‌تری فراهم می‌نماید ولی افت فشار سکون در این روش بیشتر از روش پاشش موازی است. معادلات ناویر-استوکس رینولدز-متوسط به همراه مدل آشفتگی k-ω sst و معادله حالت گاز کامل با استفاده از نرم‌افزار فلوئنت حل شده‌اند. نتایج حل عددی با داده‌های تجربی دردسترس مقایسه و صحّه‌گذاری شده‌اند که نتایج عددی تطابق خوبی با داده‌های تجربی دارند. شبیه‌سازی‌ها به خوبی موقعیت و شکل مشخصات اصلی جریان را نشان می‌دهند. حوزه جریان شامل امواج ضربه‌ای مختلفی از قبیل امواج ضربه‌ای کمانی، امواج ضربه-ای ناشی از جدایش، و امواج ضربه‌ای بشکه‌ای می‌باشد. نتایج نشان می‌دهند که ارتفاع دیسک ماخ انژکتور دوم بیشتر از انژکتور اول است که به دلیل افت فشار سکون ناشی از انژکتور اول است.