شبيه سازي شبه‌يك بعدي جريان دوفازي موتور سوخت جامد

One-dimensional Simulation of Two-Phase SRM Internal Ballistics

در اين تحقيق بالستيك داخلي موتور سوخت جامد درون سوز با احتساب جريان دوفازي، به روش عددي شبيه‌سازي شده است. ميدان جريان شامل محفظه احتراق با گرين استوانه اي و نازل مخروطي همگرا- واگرا مي باشد. معادلات حاكم بر فاز گاز و فاز ذرات، يعني معادلات گذرا و شبه يك‌بعدي اويلر به روش عددي جيمسون حل گرديده است. اين معادلات با استفاده از انتگرال گيري رانج-كوتاي چهار مرحله اي، گسسته سازي زماني شده و بردار شار كميت هاي بقايي با روشي مبتني بر اختلاف مركزي به مقادير نقاط حجم كنترل مرتبط شده است. در بخش نتايج تاثيرات سوزش فرسايشي، جنس سوخت، دوفازي شدن جريان و قطر ذرات جامد مورد بررسي قرار گرفته است. مقايسه نتايج بدست آمده از نرم‌افزار اين تحقيق با ساير نتايج مراجع، نشان‌دهنده دقت روش و فرضيات بكار رفته مي‌باشد. نتايج تحقيق نشان مي‌دهد كه سوزش فرسايشي موجب افزايش سريع فشار محفظه و افزايش نرخ سوزش در ابتداي كار موتور و لذا كاهش زمان كاركرد موتور مي‌شود. همچنين در حالت دوفازي فشار محفظه و نرخ سوزش و درنتيجه زمان كاركرد موتور نسبت به حالت تك‌فازي كاهش مي‌يابد. با افزايش قطر ذرات جامد در فاز ذرات نيز، سطح منحني فشار پايين مي-آيد و با تغيير جنس سوخـت از كـامپوزيت به دوپايه، ايمپالس كل و ايمپالس ويژه موتور كاهش مي يابد.

In this research, internal ballistics of solid rocket motor (SRM) has been simulated numerically including two phase flow phenomena. The flow field is consisting of combustion chamber, cylindrical grain, and converging-diverging conic nozzle. One-dimensional transient Euler equations has been solved through Jameson method. The mentioned equations are discretized using fourth order Runge-Kutta integration, and spatial discretization resulted to a central difference scheme. The effect of erosive burning, propellant type, two phase flow, and particle diameter are considered. It is seen that pressure is increased at starting of the motor because of erosive burning. Two phase flow decrease efficiency of the motor, and decrease total and specific impulse by changing propellant type from composite two double bases. The results are compared with other references for validation.