بررسي پاسخ گذراي حرارتي لوله موتور پالس دتونيشن تحت كاركرد متوالي

Investigations of Transient Thermal Response of Pulse Detonation Engine Tube under Sequential Operation

به منظور به كارگيري عملياتي و طولاني مدت موتورهاي پالس دتونيش، بايد دما در لوله هاي دتونيشن كنترل شود. ماهيت دتونيشن از يك سو و تكرار سريع فرايندهاي مختلف در يك سيكل كاركرد موتور همراه با تغييرات شديد دامنه سرعت، دما و فشار در داخل لوله، محيط حرارتي بسيار متفاوتي را با موتورهاي متداول ايجاد مي كند كه تعيين و كنترل حرارت را دشوار مي كند. در اين مقاله ابتدا به بررسي فرايندهاي مختلف يك سيكل از كاركرد موتور پرداخته و الگويي براي بارگذاري و شرايط مرزي حرارتي ارائه شده است. در ادامه مدلسازي عددي و تحليلي مطابق فرضيات شرح داده شده ايجاد و پاسخ حرارتي لوله براي سيكل هاي پياپي به دست آمده است. نرخ شديد تغييرات دما در جداره داخلي لوله و زمان بسيار كوتاه انفجار باعث افزايش حساسيت پاسخ به پارامترهاي حل مي شود كه همگرايي پاسخ را تحت تاثير قرار مي دهد. صحت سنجي و دقت سنجي نتايج با مقايسه نتايج تحليلي و عددي با يكديگر و در نهايت مقايسه با نتايج تجربي گزارش شده انجام شده است. نتايج به دست آمده ضمن توصيف شرايط دمايي لوله دتونيشن و امكان طراحي كنترل حرارتي آن، براي ساير تحليل هاي مرتبط با موتورهاي پالس دتونيشن مانند تحليل ترموالاستيك و خستگي حرارتي قابل استفاده است.

The practical and prolonged implementation of pulse detonation engines implies the control of temperature in detonation tubes. The nature of the detonation itself, plus the rapid repetition of different processes within the working cycle, are accompanied by variations of speed, temperature and pressure and create a heating environment which is different from conventional engines and difficult to specify and control. In this paper the various processes of the working cycle are studied and a template is proposed for the loading and thermal boundary conditions. In continuation, the analytical and thermal models have been developed based on the described assumptions and the thermal responses have been obtained for sequential loadings. The severe thermal gradients in the tube wall and the short duration of each detonation can cause high sensitivity of the response to solution parameters and affect the solution convergence. The validation and verification of the results have been carried out through comparisons of the analytical and numerical results with the experimental results reported in the literature. The obtained results not only provide the thermal condition for control design, but also give the required data for other related aspects of pulse detonation engine, like thermoelastic and thermal fatigue analyses.