پژوهشگران دانشگاه صنعتي اميركبير به مدل‌سازي نرخ سوزش در موتورهاي سوخت جامد موفق شدند.
به گزارش خبرنگار «پژوهشي» خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا) ، پژوهشگران دانشكده هوافضا دانشگاه صنعتي امير كبير، در اين تحقيق، معادلات ناويراستوكس گذاري متقارن محوري در موتور سوخت جامد را با روش المان محدود ـ حجم كنترل حل كرده‌اند كه ميدان جريان آن، يعني، داخل محفظه احتراق استوانه‌يي و نازل همگرا ـ واگرا، شبكه بندي باسازمان شده است.
به گفته آنها، از آنجا كه مي‌توان از مقدار پس‌روي سطح سوخت جامد در پله‌هاي زماني كوچك صرف نظر كرد، ميدان جريان در هر پله زماني غير متحرك و ثابت در نظر گرفته شده است.
روش حل به صورت ضمني بوده و حول هر نقطه از شبكه، يك حجم كنترل با 8 نقطه انتگرالي وجود دارد كه معادلات ديفرانسيلي ناوير استوكس در هر يك از حجم كنترل‌ها انتگرال گرفته شده است و از تقريب خطي سازي در هر يك از المانها استفاده مي‌شود.
براي اين تعداد هر يك از نقاط شبكه، يك دستگاه معادلات خطي به وجود مي‌آيد كه مجهولات آن فشار، سرعت‌هاي افقي و عمودي و دما است و اين دستگاه معادلات، به طور جداگانه‌اي در ماتريس مادر كه براي كل شبكه ميدان جريان است، مونتاژ شده و در نهايت ماتريس ضرايب كلي كه يك ماتريس تقريبا قطري است به روش باندي (Band solver) حل مي‌شود.
شرايط مرزي به سطح سوخت جامد، با فرض يك الگوي حرارتي ـ شيميايي بر اساس تجربه‌هاي مشاهده‌يي موجود نرخ سوزش سوخت‌هاي دو پايه اعمال شده است كه براي اين منظور معادلات حرارتي ـ شيميايي با در نظر گرفتن حملات نفوذ در اثر وجود جريان عرضي، به خصوص در حالت جريان آشفته، حل شده و نرخ سوزش در حالت وجود جريان‌هاي جانبي، شبيه سازي شده است.
به گفته محققان، با حل معادلات جريان، مي‌توان تمامي بردارهاي سرعت و توزيع دما ، فشار، عدد ماخ و ساير خواص ترموديناميكي را در محفظه احتراق و نازل در هر تكرار و در هر زمان به دست آورد، ضمن آن كه سرعت همگرايي اين روش بالاتر از روش‌هاي Explicit بوده و پاسخ‌ها با منابع و تست‌هاي اجرا شده همخواني خوبي دارد.
در اين پژوهش، حل معادلات ناويراستوكس براي ميدان جريان دو بعدي مورد توجه قرار گرفته كه اهداف آن عبارتند از هم نقطه‌يي بودن در تمام متغيرها، بقايي بودن معادلات جرم، مومنتم و انرژي، انعطاف پذيري روش در مورد هندسه ميدان جريان، دقت بالا در مدل سازي ترم جابجايي، قابل تعميم بودن روش به سه بعدي، روش ضمني به طور كامل، قابل اعمال بودن روش براي جريان‌هاي لزج، غيرلزج و در حالت گذر و قابل اعمال بودن در تمام سرعت‌ها با ماخ زير صوت و بالاي صوت.
در اين تحقيق، تحليل ميدان جريان با در نظر گرفتن معادلات بقاي جرم، مومنتوم و انرژي صورت مي‌گيرد كه پس از حل جريان ، ضرايب انتقال حرارت را تصحيح مي‌كند و نرخ بازگشت حرارت از شعله به سطح سوخت محاسبه و در نهايت نرخ سوزش تخمين زده مي‌شود.
گفتني است، اين پژوهش با همكاري دكتر سيد محمد حسين كريميان، دانشيار، غلامرضا هاشم زاده اهرنجاني، دانشجوي دكتري و دكتر ابوالقاسم مسگرپور طوسي استاديار دانشكده هوافضا دانشگاه اميركبير انجام شده است.