توسعه روش باند گراف جهت مدل سازي نازل غيرآيزنتروپيك

Development of bond graph approaches for modeling of a non-isentropic nozzle

در مقالاتي كه تاكنون در زمينه مدل سازي سيستم هاي تراكم پذير به روش باندگراف منتشر شده ، جريان آيزنتروپيك فرض شده است؛ اما در نازل هاي همگرا-واگرا، در محدوده اي از نسبت فشارها، در قسمت واگراي نازل شوك عمودي اتفاق مي افتد كه فرض آيزنتروپيك بودن جريان را نامعتبر مي كند. در اين مقاله براي درنظرگرفتن اثرات شوك عمودي، ميدان ظرفيتي NIKE معرفي مي شود. اين ميدان، علاوه بر درنظر گرفتن انرژي جنبشي سيال و معادلات مومنتوم، قادر است محل ايجاد شوك قايم در قسمت واگراي نازل را مدل سازي نمايد.چگونگي كاربرد ميدان انرژي NIKE در قالب يك مثال ساده توضيح داده خواهدشد ونشان داده مي شود كه نيروي پيشرانش به دست آمده از شبيه سازي، با روابط تحليلي مطابقت دارد. از آنجايي كه ميدان معرفي شده جريان‌هاي غيرآيزنتروپيك را مدل مي كند، اين ميدان مي تواند براي مدل سازي نيروي پيشرانش راكت موتورها و تراسترها در حالت‌هاي گذرا مورد استفاده قرارگيرد. مزيت ديگر مدل ارايه شده اين است كه مي تواند به راحتي در نرم افزارهايي مانندام اس وان، تونتي سيم و سيمبولسبه كار گرفته شود؛ بنابراين با استفاده از خواص ساختاري باندگراف، معادلات حالت به صورت سيستماتيك استخراج و بااستفاده از روش هاي عددي مناسب حل مي‌شوند و نياز به استخراج معادلات به صورت دستي و حل آن‌ها مرتفع مي گردد.

In the papers published on compressible fluid using Pseudo Bond Graph approach, isentropic flow is assumed. However in a converging- diverging nozzle, for a specific pressure ratio, the assumption of isentropic flow is invalid. For the purpose of considering normal shock effects, this paper introduces a new field (NIKE-field) to the pseudo bond graph. The output of the new field can be also used to determine normal shock position and to extract momentum equation as well. In the following, the methodology developed in this paper has been applied a simple pedagogic example. Simulation result is validated by comparison with the analytical result. As the new field can be modeled non-isentropic flow, it can be used to for modeling rockets motors and thrusters in transient state. One of another advantage of new field is that it can be easily used in many software applications like MS1, SYMBOLS2000 and 20SIM®; therefore, With regard to the systematic derivation of a mathematical model from a bond graph in these softwares, there is no need to derive any state equations and their solutions.