اثر پدیده شبه جوشش و نسبت شار جرمی بر دینامیک یک شعله برشی محوری در شرایط گذر-بحرانی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف پژوهشگاه فضایی ایران، پژوهشکده سامانه های حمل و نقل فضایی

2 هیت علمی پژوهشگاه فضایی ایران

3 دانشگاه شریف*هوافضا

چکیده

در مقاله حاضر اثرات مربوط به برهمکنش جت چگالی بالا اکسیژن مایع با جریان سرعت بالای هیدروژن در حضور پدیده شبه-جوشش مورد بررسی قرار گرفته است. در اثر پدیده شبه-جوشش یک انبساط ناگهانی در شعله ایجاد می شود که منجر به تشکیل جریانهای چرخشی می شود. مدلهای آشفته مختلف مورد بررسی قرار گرفته و نشان داده شده است که انتخاب یک مدل آشفتگی مناسب در جریانهای واکنشی گذر-بحرانی بسیار حیاتی تر از شعله های زیر بحرانی و فرا-بحرانی می باشد. همچنین بر خلاف انتظار، هسته چگال اکسیژن مایع در جریان غیر واکنشی سریعتر از جریان واکنشی ناپدید می شود که این پدیده ناشی از ضعیف شدن قدرت اختلاط در جریان واکنشی به دلیل انبساط شدید ناشی از پدیده شبه جوشش می باشد. اثرات نسبت شار جرمی نیز مورد بررسی قرار گرفت و مشاهده شد که با افزایش نسبت شار جرمی از 5 به محدوده 24، یک جریان چرخشی قوی در پیشانی شعله شکل می گیرد و شعله به شکل حبابی در می آید که مشابه شعله متان-اکسیژن مایع می باشد. افزایش نسبت شار جرمی منجر به افزایش قدرت لایه برشی شده و در نتیجه با افزایش اختلاط، پدیده شبه جوشش با نرخ و سرعت حجم بیشتری رخ می دهد. در نهایت افزایش حجم تبدیل اکسیژن از شرایط مایع-مانند به گاز-مانند منجر به تشکیل یک جریان گردابی قدرتمند در پیشانی شعله می شود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Influence of Pseudo-Boiling Phenomenon and the Mass Flux Ratio on the Dynamics of Transcritical Shear Flame

نویسندگان [English]

  • hamed zeinivand 1
  • Hadi Rezaei 2
  • Mohammad Farshchi 3
1 Aerospace Engineering Faculty, Sharif University of Technology
2 Iranian Space Research Center, Tehran, Iran
3 Aerospace Department, Sharif university of Technology
چکیده [English]

In the present paper, the effects of the interaction of a high-density liquid oxygen jet with a high-velocity hydrogen in the presence of a pseudo-boiling phenomenon are investigated. Pseudo-boiling phenomenon causes a sudden expansion in the flame, which leads to the formation of recirculation zone. Different turbulence models have been investigated and it has been shown that the selection of a suitable turbulence model in trans-critical reaction flows are much more important than subcritical and supercritical flames. Also, contrary to expectations, the dense core of liquid oxygen disappears faster in the non-reactive flow than the reactive flow, which is due to the weakness of the mixing layer in the reactive flow due to the intense expansion (because of the pseudo-boiling phenomenon). The effects of mass flux ratio were also investigated and it was observed that by increasing the mass flux ratio from 5 to 24, a strong recirculation is formed in the flame front and the flame becomes a bubble that is similar to LOX-GCH4 flame. Increasing the mass flux ratio leads to an increase in the strength of the shear layer that causes the pseudo-boiling phenomenon occurs at a higher rate. Finally, increasing conversion liquid-like oxygen to gas-like conditions leads to the formation of a strong vortex in the flame front.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Cryogenic propellants
  • Transcritical injection
  • Pseudo-boiling
  • supercritical combustion