علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

تاثیرات پارامترهای هندسی یک بستر دوبخشی روی میدان جریان و انتقال حرارت محفظه تجزیه یک رانشگر تک مولفه‌ای هیدرازین

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسنده
استادیار، پژوهشگاه هوافضا، وزارت علوم، تحقیقات و فناوری، تهران، ایران
چکیده
در این تحقیق، محفظه تجزیه یک رانشگر تک مولفه‌ای بر پایه سوخت هیدرازین بصورت عددی شبیه-سازی شده است. بستر کاتالیستی مورد بررسی دو جزئی بوده و اثرات پارامترهایی مانند ضخامت ناحیه بالادستی و قطر ذرات تشکیل دهنده آن روی عملکرد محفظه تجزیه بررسی می‌شوند. در این راستا سه قطر گرانول استاندارد با عدد مش 16.5، 25 و 30 با ضخامت‌‌های ناحیه بالادستی (mm) 2.5، (mm) 5 و (mm) 7.5 در یک بستر کاتالیستی به طول (cm) 6.5 مورد مطالعه قرار گرفته‌اند. شبیه‌سازی‌ها برای دو نوع گرانول در بستر اصلی با قطرهای استاندارد (in) 8/1 و (in) 16/1 در ضرایب بارگذاری (kg/m2s) 16.5، (kg/m2s) 25 و (kg/m2s) 35 انجام گرفته است. نتایج حاصل نشان می‌دهند که میزان تاثیرگذاری بخش بالادست بستر کاتالیستی به شدت به نسبت اندازه ذرات تشکیل‌دهنده بستر اصلی به ناحیه بالادستی وابسته است. همچنین، طول ناحیه بالادستی و بارگذاری بستر پارامترهای مهمی در میزان تاثیرگذاری ناحیه بالادستی بشمار می‌روند.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1] S. Booth, J. Kenton, P. Nienhaus, E. Zahn, “Development and design of a 10 n monopropellant thruster”, transactions of the institute of aviation,Vol. 240, No. 3, pp. 7-17, 2015, Doi: 10.5604/05096669.1194936.
[2] H. Green, “Vacume start-up of reactors for catalytic decomposition of hydrazine”, J. Spacecraft, Vol. 7, pp. 522-52, 1970.
[3] T. Yuan, B. Huang, M. Tang and C. Chen, “the integration and test of a 5-N hydrazine propulsion system”, 45th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference , 2 - 5 August 2009, Denver, Colorado.
[4] R.A. Carlson, “Space environmental operation of experimental hydrazine reactors”, TRW system group final report 4712, contact NAS-7-520, 1967.
[6] An, S., Jin, J., Lee, J., Jo, S., Park, D., Kwon, S., “Chugging Instability of H2O2 Monopropellant Thrusters with Reactor Aspect Ratio and Pressures”, Journal of propulsion and power, Vol. 27, No. 2, pp. 422-427, 2011.
[6] Sutton, G. P., Rocket Propulsion Element, 7th ed.,Wiley–Interscience, New York, 2001.
[7] Summerfield, M., “A Theory of Unstable Combustion in Liquid Propellant Rocket Systems”, Journal of the American Rocket Society, Vol. 21, No. 5, pp. 108–114, 1951.
[8] Owens, W. L., “A Combustion Stability Analysis for Catalytic Monopropellant Thrusters”, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 9, No. 3, pp. 148–152, 1972.
[9] Jo, S., Jang, D., 1. An, S., Kwon, S., “Chugging Instability of H2O2 Monopropellant Thrusters with Catalyst Reactivity and Support Sizes”, Journal of propulsion and power, Vol. 27, No. 4, pp. 920-924, 2011.
[10] An, S., and Kwon, S., “Comparison of Catalyst Support between Monolith and Pellet in Hydrogen Peroxide Thrusters”, Journal of Propulsion and Power, Vol. 26, No. 3, pp. 439–445, 2010.
[11] Heo, S., Jo, S., Yun, Y., Kwon, S., “Effect of dual-catalytic bed using two different catalyst sizes for hydrogen peroxide thruster”, Aerospace Science and Technology, Vol. 78, pp. 26–32, 2018.
[12] D.I. Han, C.Y. Han, H.D. Shin, “Empirical and Computational Performance Prediction for Monopropellant Hydrazine Thruster Employed for Satellite”, JOURNAL OF SPACECRAFT AND ROCKETS, Vol. 46, No. 6, November–December 2009.
[13] A. S. Kersten, “Analytical Study of Catalystic Reactors for Hydrazine Decomposition, Part 1. Steady state behaviour”,NASA Contract NAS 7-458, 1966.
[14] A. S. Kersten, “Analytical Study of Catalystic Reactors for Hydrazine Decomposition, Part II. Steady Transient behaviour”,NASA Contract NAS 7-458 , 1966.
[15] A. S. Kersten, “Analytical and experimental studies of the transient behaviour of catalytic reactor for hydrazine decomposition”,UARL Contract NAS 7-458 , 1967.
[16] V. Shankar, A. K. Anantha Ram, and K. A. Bhaskaran, “Prediction of the Concentration of Hydrazine Decomposition Products Along a Granular Catalystic Bed”, Acta Astronautica, Vol. 11, No. 6, 1984, pp. 287–299. doi:10.1016/0094-5765(84)90038-9.
[17] Hwang CH, Lee SN, Baek SW, Han CY, Kim SK, Yu MJ. “Effects of catalyst bed failure on thermo chemical phenomena for a hydrazine monopropellant thruster using Ir/Al2O3 catalysts”,Ind Eng Chem Res. Vol. 51, pp. 5382–5393, 2012.
[18] Pasini, A., Torre, L., Romeo, L., Cervone, A., d’Agostino, L., “Reduced-Order Model for H2O2 Catalytic Reactor Performance Analysis,” Journal of Propulsion and Power, Vol. 26, No. 3, pp. 446-453, 2010.
[19] Jung, S., Choi, S., Kwon, S., “Design Optimization of Green Monopropellant Thruster Catalyst Beds Using Catalytic Decomposition Modeling”, 53rd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, 10-12 July 2017, Atlanta, GA. 
[20] B. Hou, X. Wang, T. Li, and T. Zhang, “Steady-State Behavior of Liquid Fuel Hydrazine Decomposition in Packed Bed”, AIChE Journal, DOI 10.1002/aic.14703, 2014.
[21] T. Zhang, G. Li, Y. Yu, J. Chen, and M. Wang, “Effects of catalytic bed thermal characteristics on liquid monopropellant decomposition and combustion characteristics within an eco-friendly thruster based on ammonium dinitramide”, Combustion Science and Technology, DOI: 10.1080/00102202.2015.1136295, 2016.
[22] Karimaei, H., Salimi, MR., Naseh, H., Jokari, E., “Design of Physical Configuration of a 10N Monopropellant HydrazineThruster”, Journal of Space Science & Technology, Vol. 12,  No. 1, 2019.
[23] Salimi, MR., “Numerical Study of Catalyst Bed Length and Particle Size Effect on the Monopropellant Thruster Specific Impulse and Thrust”, Scientific Journal of Aerospace Mechanics, Vol. 16,  No. 1, 2020.
[24]N. P. Meibody, M., Naseh, H., Ommi, F., “Progressive Latin Hypercube Sampling-based Robust Design Optimization (PLHS-RDO)”, Australian Journal of Mechanical Engineering, 2020.
[25] Macdonald I. F., El-Sayed M. S., Mow, K.; Dullien F. A., “Flow Through Porous Media-the Ergun Equation Revisited”, Ind. Eng. Chem. Fundam., 18, 199−208, 1979.
 

  • تاریخ دریافت 29 تیر 1399
  • تاریخ بازنگری 09 بهمن 1399
  • تاریخ پذیرش 19 اسفند 1399
  • تاریخ اولین انتشار 19 اسفند 1399