تحليل عددي جريان در استوانه‌ي شبيه‌سازِ محفظه احتراقِ گردابه‌اي موتورهاي سوخت مايع و تست تجربيِ‌ آن

Numerical analysis of the flow in vortex combustion chamber simulator cylinder of liquid propellant engines and its experimental test

محفظه احتراق گردابه‌اي نسل جديد محفظه‌ي موتورهاي سوخت مايع مي‌باشد كه در آن با چيدمان متفاوت انژكتورها، يك جريان گردابه‌اي درون محفظه احتراق ايجاد مي‌كنند. اين گردابه كمك زيادي به خنك‌كاري و افزايش ميزان اختلاط مولفه‌هاي پيشرانه در محفظه احتراق مي‌كند و مي‌توان در يك محفظه با حجم كوچك، يك احتراق كامل ايجاد نمود. در پژوهش حاضر براي بررسي تاثير پارامترهاي مختلف ـ از جمله افت فشار، تعداد و زاويه ورودي انژكتورها، قطر محفظه و ضخامت پله‌ي تكيه‌گاهي ـ بر عملكرد اين نوع محفظه‌ها، يك محفظه گردابه‌اي براي انجام تست‌هاي سرد با سيال عامل آب طراحي و ساخته شده است. محفظه ساخته شده، قابليت‌هاي زيادي دارد؛ از جمله سهولت تعويض، تغيير افت فشار و تغيير زاويه‌ي ورودي انژكتورها و بررسي ضخامت‌هاي مختلف پله‌ي تكيه‌گاهي جهت ايجاد جريان گردابه‌اي. با توجه به اينكه بررسي كليه‌ي پارامترها به صورت تجربي هزينه‌بر مي‌باشد، تست سرد براي چند نمونه انجام و شبيه‌سازي و اعتبارسنجي در آن صورت گرفته است. نتايج شبيه‌سازي و عملكرد محفظه در تست‌ها تطابق خوبي دارند و مي‌توان با اطمينان از مدل شبيه‌سازي، براي بررسي فرآيندها و پارامترهاي ديگر محفظه استفاده كرد. با انجام اين تست‌ها مي‌توان در جهت طراحي، ساخت و تست محفظه احتراق گردابه‌اي اصلي قدم برداشت.

Vortex combustion chamber is a new generation of liquid propellant engines chamber where, with the help of different arrangement of injectors, an inner combustion chamber vortex flow is created. This vortex can considerably aid cooling and increase the amount of propellant components mixing in the combustion chamber, so it makes it possible to create a complete combustion in a low- capacity chamber. In this research, a vortex chamber has been designed and manufactured for carrying out cold tests with water as its working fluid in order to study impact of different parameters including pressure drop, injector quantity and input angle, chamber diameter and the thickness of the supporting step, on the performance of this type of chamber. The designed chamber has numerous capabilities such as ease of replacement, change in pressure drop and injectors’ input angle and studying thickness of different supporting steps to create vortex flow. Since practical investigation of all parameters is not cost-effective, cold test has been conducted for some samples and both simulation and validation have been done for it. The simulation results and chamber performance in the tests matched very well; therefore, as a result of simulation assurance, the processes and other parameters in the chamber could be studied. By doing these tests we can move toward design, manufacture and test of the main vortex combustion chamber.