شبيه سازي عددي پسروي سه‌بعدي گرين در موتورهاي سوخت جامد با روش سطوح هم‌تراز

3D Grains Burn-Back Simulation in Solid Rocket Motors Based on the Level Set Method

در اين تحقيق با ارايه الگوريتمي بر مبناي روش سطوح هم تراز، پسروي عددي گرين هاي سه بعدي پيچيده در چهار حالت عايق-بندي شده، چند نرخي، با نرخ سوزش غيريكنواخت و با سوزش جهت دار شبيه سازي شده است. بدين منظور الگوريتم كلاسيكي كه قبلاً توسط ساير نويسندگان براي تحليل پسروي با روش سطوح هم تراز تدوين شده، در چهار گام تصحيح و تكميل مي شود؛ در گام اول با مدل سازي عايق هاي موتور با سه روش خطي، درجه دوم و تركيبي، امكان تحليل گرين هاي عايق بندي به الگوريتم كلاسيك افزوده مي گردد. در گام دوم الگوريتم حل متناسب با گرين هاي چند نرخي طولي، تركيبي و تركيبي پيچيده تصحيح مي شود. در گام سوم و چهارم نيز با شبيه سازي سوزش با نرخ هاي غيريكنواخت و جهت دار الگوريتم حل تكميل مي گردد. به منظور اعتبارسنجي كد عددي تدوين شده، يك گرين استوانه اي در چهار حالت مفروض در نظر گرفته شده و نتايج عددي پسروي هر حالت با نتايج حل تحليلي مقايسه مي شود. در ادامه پسروي چند گرين پيچيده كه امكان حل آن ها با روابط تحليلي يا الگوريتم‌هاي كلاسيك وجود ندارد، مورد ارزيابي قرار مي گيرد. نتايج نشان مي دهد، به كمك روش سطوح هم تراز و الگوريتم تصحيح شده مي‌‌توان پسروي انواع گرين هاي پيچيده سه بعدي را با دقت بالايي توصيف كرد.

In this research and according to level set method, 3D complex grains burn-back analysis is numerically simulated. The complicated grains that have been considered in this research includes four types of difficulties that are insulated regions, different burning rates, non-uniform burning rates and oriented burning rates. To this end, the classical algorithm that was developed previously, will be improved for simulation of above mentioned grains. In the first step, and for simulation of insulated grains, linear, quadratic, and combined insulators are considered. In the next step, the simulation of grains with different burning rates in desired directions, are added to the main program. Finally, considering non uniform burning rate in axial and/or radial directions, improvement of the code is completed. Comparison of results in cylindrical grains according to present and analytical methods, indicate that the present algorithm is capable for simulation of complicated grains. Also, some complex grains that cannot be simulated analytically or by classical level set method, are considered and evaluated.