بررسي عددي اثر پيش خلاء سازي در زمان راه اندازي ديفيوزر خروجي گاز مافوق صوت در استند خلاء

Numerical Investigation of Pre-evacuation Influences of Second Throat Exhaust Diffuser

در مقاله حاضر عملكرد يك ديفيوزر خروجي گاز مافوق صوت در زمان روشن شدن يك موتور فضايي در تست زميني مورد بررسي قرار گرفته است. براي اين منظور تحليل هاي عددي غيردائم جريان گازهاي احتراقي در ديفيوزر مزبور با پروفيل فشار- زمان محفظه احتراق انجام شده است. فيزيك جريان در ديفيوزر و عملكرد آن در لحظه روشن شدن موتور در شرايط بدون پيش خلاء سازي و با پيش خلاء سازي بخش هايي از ديفيوزر و محفظه تست مورد بررسي قرار گرفته اند. اثر پيش خلاء سازي در كاهش زمان راه اندازي ديفيوزر (زمان احراز شرايط خلاء در پيرامون نازل موتور) نشان داده شده است. در ادامه، اثر انتخاب ناحيه پيش خلاء سازي بر زمان راه اندازي ديفيوزر خروجي گازها با شبيه سازي عددي جريان مورد تحليل قرار گرفته است. نتايج تحليل عددي در قالب تشريح برخي از كميت هاي جريان، مانند عدد ماخ و فشار استاتيك در زمان هاي مختلف ارائه شده است. نشان داده شده كه با شرايط اوليه بدون پيش خلاء (فشار و دماي اتمسفر محلي) در حدود s 1/2 زمان لازم است تا ديفيوزر راه اندازي شده و شرايط خلاء نسبي را در پيرامون نازل و محفظه تست ايجاد نمايد. در صورت استفاده از گزينه پيش خلاء سازي، راه اندازي ديفيوزر در زمان كوتاه تري اتفاق مي افتد. بررسي هاي عددي حاضر نشان مي دهند كه اثر فضاي پيش خلاء سازي در عملكرد راه اندازي ديفيوزر قابل ملاحظه است. هرچه فضاي بيشتري در طول ديفيوزر پيش خلاء شده باشد، راه اندازي ديفيوزر در مدت زمان كوتاه تري اتفاق مي افتد، از طرفي، افزايش فضاي پيش خلاء سازي از ناحيه محفظه تست نتيجه عكس داشته و باعث بزرگتر شدن مدت زمان راه اندازي ديفيوزر مي شود.

In this paper, the influences of regional pre-evacuation of an altitude test facility on starting time of a second throat supersonic exhaust diffuser are numerically investigated. Detailed numerical studies have been carried out to evaluate the physics of the flow and starting time of the diffuser for different pre-evacuation zones along the diffuser and the test chamber. Unsteady axisymmetric compressible Navier–Stokes equations, incorporated with the two equation kω-SST turbulence model are solved, with density-based solver to extract the current flow features. The numerical method is properly validated with the measured data available in the literature. Our investigations show that the amount of pre-evacuation volume has strong effects on starting time of the diffuser. As we extend pre-evacuation zone along the diffuser, the smaller starting time of diffuser is resulted. However, the increasing of pre-evacuated test chamber size causes the increasing of starting time of the diffuser.