شبيه سازي عددي دو بعدي عايق هاي حرارتي فناشونده در محفظه احتراق راكت سوخت جامد

Two-dimensional numerical simulation of ablative thermal insulators in solid rocket motor combustion chamber

در اين مقاله، به بررسي انتقال حرارت و فناشوندگي عايق­ هاي حرارتي در بدنه­ راكت موتور­هاي سوخت جامد پرداخته شده است. بنابراين با گردآوري و حل معادلات مربوط به عايق­ هاي فناشونده، يك برنامه كامپيوتري با استفاده از نرم افزار متلب تهيه شده كه قادر است تحت شرايط عملياتي مختلف، پاسخ­دهي حرارتي عايق­ ها را پيش­ بيني كرده و عملكرد اين عايق­ها را با همديگر مقايسه كند. معادلات انتقال حرارت و جرم در دو بعد در يك جسم جامد در نظر گرفته شده است. براي حل اين معادلات از روش حجم محدود و از روش ضمني براي وابستگي زماني استفاده شده است. معادله تجزيه كه به فرم آرنيوس نوشته شده با استفاده از روش رانگ-كوتا حل شده و چگالي و شار جرمي گاز توليدي در هر گام زماني بدست آمده است. همچنين مدلي براي لحاظ نرخ پسروي ارائه شده است. نتايج اين تحقيق نشان مي­دهد كه افزايش كارايي عايق­هاي حرارتي به واسطه افزايش ضخامت لايه ­ها، گرماي تجزيه و فناشوندگي، شدت واكنش و نيز كاهش ضريب نفوذ گرمايي، چگالي زغال و دماي فناشوندگي حاصل مي­شود و بر اين اساس يك عايق ايده­ آل نيز معرفي شده است. اعتبار­سنجي مدل با نتايج تجربي رايز در عايق سيليكافنوليك مقايسه شده، همچنين نتايج تست تجربي انجام شده با در نظر گرفتن عايق كربن ­اپوكسي نشان از انطباق خوب نتايج حاصل از شبيه­ سازي با مشاهدات تجربي مي­ باشد.

In this paper, the heat transfer and ablation thermal insulators in solid rocket motor are investigated. Therefore, by collecting and solving the thermal ablation equations, a computer program, using MATLAB software, is developed which can predict the thermal response of insulators in different operating conditions and compare the performance of these insulators. The heat and mass transfer equations are considered in two dimensions in a solid body. We used the equations, finite volume method with implicit formulation for time dependency to solve equations. The reaction equation which written in the form of Arrhenius, is solved using Runge-Kutta method, and the density and the flux of the gas produced at each step are obtained. Also we represent a model for the rate of recession.