علوم و فناوری فضایی

علوم و فناوری فضایی

بررسی اثر شعله‌نگهدار در عملکرد محفظه احتراق یک موتور توربوفن برای کاربرد در موتور رم‌جت

نوع مقاله : مقالة‌ پژوهشی‌

نویسندگان
1 کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین علیه السلام، تهران، ایران
2 استاد، گروه مهندسی هوافضا، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه جامع امام حسین علیه السلام، تهران، ایران
چکیده
امروزه موتورهای توربوفن فراوانی در داخل کشور وجود دارند که به‌خاطر رعایت ایمنی مجوز پرواز به آنها داده نمی‌شود اما می‌توانند در سایر کاربردها از جمله در شناورها، نیروگاه‌ها، تونل‌های باد و امثال آن برای تولید قدرت و یا ایجاد جریان هوا مورد استفاده قرار گیرند. در این پژوهش امکان به‌کارگیری محفظه احتراق یک موتور توربوفن با جریان‌های ثانویه و رقیق‌سازی در یک موتور رم‌جت مطالعه شده است. موتور D30K دارای محفظه احتراق لوله‌ای-حلقوی است که یکی از لوله‌های آن به‌عنوان مبنا در این تحقیق مد نظر قرار گرفته است. برای ایجاد چشم‌انداز وسیع‌تر و قابلیت توسعه دستاوردهای این تحقیق در ابتدا به فرآیند طراحی و یا به تعبیری باز طراحی محفظه احتراق لوله‌ای با جریان‌های ثانویه و بر اساس دانش و پیشنهادات موجود در ادبیات علمی و صنعتی پرداخته شده تا هندسه محفظه مورد نظر برای شبیه‌سازی استخراج شود. نتایج این باز طراحی جهت صحت‌سنجی، از نظر نسبت ابعاد هندسی اجزاء با نسبت‌های مربوط به محفظه لوله‌ای موتور D30K مقایسه شده که تطبیق رضایت‌بخشی را نشان می‌دهند. برای تعیین شرایط جریان ورودی به این محفظه در موتور رم‌جت، از نرم‌افزار GasTurb استفاده شده است. سپس نرم‌افزار فلوئنت برای شبیه‌سازی احتراق به روش غیرپیش‌آمیخته فاز مایع به‌کار گرفته شده است. نتایج شبیه‌سازی نشان می‌دهند که وقتی از محفظه احتراق یک موتور توربوفن با مجاری جریان ثانویه که روی لاینر تعبیه شده‌اند برای شرایط موتور رم‌جت استفاده می‌شود، گردابه‌های ایجاد شده از قدرت کافی برای ماندگاری شعله برخوردار نیستند و به‌کارگیری شعله‌نگهدار ضرورت می‌یابد. پس از درک این ضرورت به مطالعه اثر ابعاد، تعداد، موقعیت و فاصله شعله‌نگهدار بر ماندگاری شعله، افت فشار، دمای بیشینه خروجی و سرعت جریان پرداخته شد. نتایج بیانگر آن است که استفاده از چند شعله‌نگهدار اثر مطلوبی روی عملکرد دارد اما شعله‌نگهدار با ابعاد نسبی بزرگ توصیه نمی‌گردد
کلیدواژه‌ها
موضوعات

[1]  M. Doustdar, "Spark ignition engines; quasi dimensional simulation," Imam Hossein Comprehensive University Publications, 2021, (in Persian).
[2] A. F. El-Sayed, Aircraft Propulsion and Gas Turbine Engines. CRC press, 2017.
[3] A. C. Conrado, P. T. Lacava, A. C. Pereira Filho, and M. de Souza Sanches, "Basic design principles for gas turbine combustor," in 10th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering, Brazil, 2004.
[4] A.Bayat, "Preliminary design and numerical simulation of ramjet combustion chamber," M.S. thesis, Department of Mechanical Engineering, Shiraz University, Shiraz, Iran, 2015, (in Persian).
[5] C. P. Mark and A. Selwyn, "Design and analysis of annular combustion chamber of a low bypass turbofan engine in a jet trainer aircraft," Propulsion and Power Research, vol. 5, no. 2, pp. 97-107, 2016, https://doi.org/10.1016/j.jppr.2016.04.001.
[6] Z. Vosoughi and S. Tabejamaat, "Design and simulation of a 30kw microturbine combustor fed by biofuel," in 9th Fuel & Combustion Conference, Iran, 2022, (in Persian).
[7] M. Bondaryuk and S. Lyashenko, "Translation of ramjet engines," Ohio: Technical Information Center, Wright-Patterson Air Force Base, 1960.
[8] M. T. Schobeiri, Gas Turbine Design, Components and System Design Integration: Second Revised and Enhanced Edition. Springer Nature, 2019.
[9] A. H. Lefebvre and D. R. Ballal, Gas Turbine Combustion: Alternative Fuels and Emissions. CRC press, 2010.
[10] M. N. Mohamed and R. Sivaprasad, "CFD simulation for the design of combustor in turbocharger test rig," in AIP Conference Proceedings, Tamil Nadu, India vol. 2161, no. 1: 2019, https://doi.org/10.1063/1.5127597.
[11] R. Marudhappan, C. Udayagiri, and K. H. Reddy, "Combustion chamber design and reaction modeling for aero turbo-shaft engine," Aircraft Engineering and Aerospace Technology, vol. 91, no. 1, pp. 94-111, 2019, https://doi.org/10.1108/AEAT-10-2017-0217.
[12] R. S. E. Mohammed, "Design and analysis of annular combustion chamber for a micro turbojet engine," International Journal of Aerospace and Mechanical Engineering, vol. 13, no. 4, pp. 282-287, 2019, https://doi.org/10.5281/zenodo.2643908.
[13] J. D. Mattingly, W. H. Heiser, and D. T. Pratt, Aircraft Engine Design. American Institute of Aeronautics and Astronautics(AIAA), 2002.
[14] F. L. G. Dias, M. A. R. do Nascimento, and L. de Oliveira Rodrigues, "Reference area investigation in a gas turbine combustion chamber using CFD," Journal of Mechanical Engineering and Automation, vol. 4, no. 2, pp. 73-82, 2014, https://doi.org/10.5923/j.jmea.20140402.04.
[15] T. Inamura, M. Takahashi, and A. Kumakawa, "Combustion characteristics of a liquid-fueled ramjet combustor," Journal of Propulsion and Power, vol. 17, no. 4, pp. 860-868, 2001, https://doi.org/10.2514/2.5817.
[16] J. Jafarian, "Conceptual Design of Liquid-Fueled Ramjet Engine", B.S. thesis, Department of Mechanical. Engineering, Imam Hossein University, 2008, (in Persian).
[17] J. F. Lee, Theory and Design of Steam and Gas Turbines, McGraw-Hill, 1954.
[18] ANSYS Fluent Tutorial Guide, 18th Release, ANSYS Inc., 2017.
 
دوره 17، شماره 3
1403
صفحه 45-60

  • تاریخ دریافت 09 تیر 1402
  • تاریخ بازنگری 11 آذر 1402
  • تاریخ پذیرش 14 آذر 1402
  • تاریخ اولین انتشار 27 دی 1402