نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران

بررسی عددی تأثیر قطر ذرات بور و غلظت اکسیژن در فرایند احتراق پیشرانه غنی از سوخت جامد

نوع مقاله : علمی-پژوهشی

نویسندگان
علی اکبر جمالی
ابوالفضل یزدانی
گروه مهندسی شیمی، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین(ع)، تهران، ایران
چکیده
به کمک مدل ردیابی ذرات در یک محفظه احتراق رمجت سوخت جامد، فرایند اشتعال و احتراق ذرات بور با قطرهای مختلف مورد بررسی قرار گرفت. نرخ واکنش محصول پیرولیز سوخت جامد (فاز گازی قابل احتراق) با اکسیژن به مدد مدل اضمحلال گردابه‌ای و فرایند اشتعال و احتراق ذرات بور با مدل کینگ مدل‌سازی و محاسبه شد. تأثیر قطر ذرات و غلظت اکسیژن بر مکانیسم احتراق ذرات بور در محفظه احتراق بررسی شد. ساختار میدان جریان و مشخصات عملکردی شامل تراست، تکانه ویژه و سرعت مشخصه به‌موجب بررسی نتایج شبیه‌سازیِ میدان جریان واکنشی در محفظه تجزیه‌ و تحلیل شد. نتایج نشان داد، کاهش قطر ذرات بور از 25 میکرون به 5 میکرون منجر به کاهش زمان اشتعال و افزایش راندمان احتراق می‌شود به طوری که با افزایش اندازه ذرات، فاصله وقوع اشتعال ذرات از ورودی اصلی محفظه افزایش می‌یابد. همچنین، در نسبت هوای کنارگذر یکسان، افزایش قطر ذرات بور منجر به کاهش راندمان احتراق می‌شود. با افزایش نسبت هوای کنارگذر، راندمان احتراق ذرات بور برای قطرهای 15 و 25 میکرون روندی صعودی می‌یابد. حداکثر راندمان احتراق ذرات در قطرهای 5 میکرومتری ذرات حاصل می‌گردد.
کلیدواژه‌ها
پلی‌بوتادین خاتمه‌یافته با هیدروکسیل
ذرات بور
پیشرانه‌غنی از سوخت جامد
مشخصات عملکردی
رمجت

موضوعات

[1] Krishnan S., George P., Solid Fuel Ramjet Rombustor Design, Prog. Aerosp. Sci., 34: 219-256 (1998).
[2] Advisory Group for Aerospace Research & Development, "Experimental and Analytical Methods for the Determination of Connected-Pipe Ramjet and Ducted Rocket Internal Performance", NATO (1994).
[3] Natan B., Gany A., Ignition and Combustion of Boron Particles in the Flowfield of a Solid Fuel Ramjet, J. Propuls. Power, 7: 37-43 (1991).
[4] Natan B., Gany A., Combustion Characteristics of a Boron-Fueled Solid Fuel Ramjet With Aft-burner, J. Propuls. Power, 9: 694-701 (1993).
[5] Muthiah RM., Manjari R., Krishnamurthy VN., Gupta BR., Effect of Temperature on the Rheological Behavior of Hydroxyl Terminated Polybutadiene Propellant Slurry, Polym. Eng. Sci., 31: 61-66 (1991).
[6] Chiaverini M. J., "Regression Rate and Pyrolysis Behavior of HTPB-Based Solid Fuels in a Hybrid Rocket Motor", PhD Thesis, Pennsylvania State University (1997).
[7] Sankaran V., Computational Fluid Dynamics Modeling of Hybrid Rocket Flowfields, Prog. Astronaut. Aeronaut., 323-350 (2007).
[8] Foelsche R. O., "Ignition and Combustion of Boron Particles in Hydrogen/Oxygen Combustion Products at 30 to 150 Atmospheres", PhD Thesis, University of Illinois at Urbana-Champaign (1998).
[9] King M.K., Ignition and Combustion of Boron Particles and Clouds, J. Spacecr. Rockets, 19: 294-306 (1982).
[10] Kuo K., Solid Fuel Ignition and Combustion Characteristics Under High-Speed Crossflows, 26th Joi. Propuls. Conf. (1990).
[11] Natan B., Gany A., Effects of Bypass Air on Boron Combustion in Solid Fuel Ramjets, J. Propuls. Power, 9: 155-157 (1993).
[12] Natan B., Netzer D.W., Experimental Investigation of the Effect of Bypass Air on Boron Combustion in a Solid Fuel Ramjet, Int. J. Energ. Mater. Chem. Propuls., 2: 427-437 (1993).
[13] Kadosh H., Natan B., Internal Ballistics of a Boron-Containing Solid Fuel Ramjet, Combust. Sci. Technol., 193(15): 2672-2691 (2021).
[14] Bojko B.T., Patel T.K., Kessler D.A., DeBoskey R.D., Investigating the Reacting Flow-Field within a Model Solid Fuel Ramjet Combustor using the Flamelet Progress Variable Approach, AIAA SCITECH (2024).
[15] Panchal A., Menon S., Modeling the Effect of Metal Particles on Solid Fuel Burning in a Ramjet Combustor, AIAA SCITECH, (2024).
[16] Hillion L., Parisse JD., Mangeot A., Preliminary Sizing and Study of a Hybrid Rocket Based Combined Cycle, Front. Space Technol. (FRSPT), 4: 1-20 (2023).
[17] Mandal S., Hashim SA., Roy A., Karmakar S., A Short Review of Challenges and Prospects of Boron-laden Solid Fuels for Ramjet Applications. FirePhysChem, 3(3): 179-200 (2023).
[18] Lu X., Zhou C., Wang L., Zhu M., Numerical Analysis of Fuel Regression Rate and Flow Field in Solid Fuel Ramjet With the Gas Generator. J. Phys. Conf. Ser., 2472: 1-7 (2023).
[19] شاکرمی رضا.، جمالی علی اکبر.، تحلیل عددی ترمودینامیک و سینتیک‌ احتراق پیشرانه مایع بر پایه هیدروژن و متان، نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران، 42(2): 419 تا 438 (1402).
[20] "Ansys Fluent Theory Guide", Fluent Inc, Canonsburg (2021).
[21] جمالی علی اکبر.، یزدانی ابوالفضل.، بررسی عددی تأثیر مدل‌های احتراقی و آشفتگی در تخمین مشخصه‌های احتراقی پیشرانه غنی از سوخت- مطالعه موردی: سامانه رمجت، نشریه سوخت و احتراق، 15(2): 108 تا 135 (1401).
[22] Menter FR., Two-equation Eddy-viscosity Turbulence Models for Engineering Applications, AIAA j., 32(8): 1598-1605 (1994).
[23] King MK., Boron Particle Ignition in Hot Gas Streams, Combust. Sci. Technol., 8(5-6): 255-273 (1973).