مطالعه عددی دینامیک فرایند اختلاط فرابحرانی در انژکتورهای پیچشی هم محور

یک پژوهش عددی، به­ منظور ارزیابی مشخصه­ های پاشش و اختلاط کرایوژنیکی یک انژکتور پیچشی هم­ محور، در شرایط فشاری فرابحرانی انجام شده است. بدین منظور از یک روش ترکیبی موسوم به شبیه­ سازی تطبیق­ مقیاسی (جهت مدل­ سازی عبارات آشفته)، معادله حالت سواو-ردلیک-وانگ (برای محاسبه خواص ترمودینامیکی)، پایگاه داده NIST (برای تخمین خواص انتقالی سیال کرایوژنیکی) و الگوریتم PISO (برای کوپلینگ سرعت-فشار) در حلگر جریان استفاده شده است. پژوهش حاضر که با درنظر گرفتن توامان پیچیدگی های هندسی انژکتور و رفتار کاملا غیرخطی ترمودینامیکی سیال از بسیاری از مطالعات پیشین متمایز است، دینامیک فرایند اختلاط فرابحرانی جت های پیچشی هم محور را با تحلیل کمی عبارات مولد ورتیسیته مشخصه بندی کرده است. نتایج حاکی از آن است که تنها عامل مولد ورتیسیته در محفظه چرخش انژکتور عبارت کج شدگی/ کشیدگی ورتیسیته است که اندازه آن در این ناحیه به­صورت متوسط از مرتبه ۱۰۶ است. در انتهای نازل انژکتور نیز اندازه دو عبارت گشتاور باروکلینیک و اتساع حجمی به مرتبه ۱۰۸ می­رسد که یک مرتبه بزرگتر از اندازه عبارت کج­ شدگی/کشیدگی ورتیسیته در مقطع محوری مفروض است؛ بدین ترتیب در انتهای نازل مکانیزم اختلاط توسط دو عبارت گشتاورباروکلینیک و اتساع حجمی کنترل می­شود. مشاهدات عددی حاکی از آن است که اثرات گردابه­ های بازچرخشی تولید شده در مقابل دهانه خروجی انژکتور قابل توجه بوده و موجب تحریک و افزایش ده برابری سهم کشیدگی/ کج­شدگی گردابه در تولید ورتیسیته نسبت به ناحیه انتهایی نازل انژکتور می شود. این مهم به همراه ناپایداری­ های هیدرودینامیکی کلوین-هلمهولتز نقش مهمی در اختلاط بهینه سوخت و اکسنده در مقابل دهانه انژکتور دارند.

کلیدواژه ها:

انژکتور پیچشی هم محور ، پاشش و اختلاط سیال کرایوژنیکی ، شرایط فرابحرانی ، بودجه ورتیسیته