30796

شبيه‌سازي عددي تجزيه حرارتي هيدروژن پراكسيد

كارشناسي ارشد

مهندسي هوافضا

1400

1402/12/21

حجت قاسمي

مكانيك

در موتورهاي پيشرانه‌ي مايع، براي انتقال پيشرانه‌ها به محفظه احتراق از سيستم‌هاي تغذيه استفاده مي‌شود. يكي از سيستم‌هاي تغذيه، سيستم تغذيه توربوپمپي است كه از يك مولد گاز، توربين و پمپ تشكيل مي‌شود. مولدهاي گاز به‌صورت تك‌پيشرانه و دوپيشرانه وجود دارند. در اين پژوهش مولد گاز تك‌پيشرانه هيدروژن پراكسيد مايع مورد مطالعه قرار گرفته است. در مطالعه‌ي حاضر به درك فرايندهاي خرد شدن، تبخير، و تجزيه گرمايي يك قطره مايع درون مولد گاز با رويكرد شبيه‌سازي عددي و با نرم‌افزار فلوئنت پرداخته شده است. جريان گاز در محفظه تركيب داغي از بخار آب و اكسيژن به عنوان محصولات تجزيه كاتاليستي هيدروژن پراكسيد در نظر گرفته شده است. قطره مايع هيدروژن پراكسيد نيز به طور شعاعي و عمود بر جريان گاز وارد محفظه مي‌شود. براي شبيه‌سازي از ديدگاه اويلر-لاگرانژي بهره گرفته شده و براي مدل‌سازي توربولانس نيز از مدل k-ω SST استفاده شده است. براي شبيه‌سازي شكست مايع مدل كلوين-هلمهولتز و رايلي-تيلور و براي در نظر گرفتن واكنش‌هاي شيميايي تجزيه مدل نرخ محدود به كار گرفته شده‌ است. از روش مبتني بر فشار با الگوريتم تركيبي براي حل معادلات ممنتوم و پيوستگي استفاده شده است. خرد شدن قطره به قطرات ريز مشاهده شده است. قطرات درشت‌تر از يك مقدار مشخص، در هنگام ورود طي تعامل با جريان به قطرات ريزتر تبديل مي‌شوند. از اين رو، قطرات درشت‌تر، زودتر تبخير مي‌شوند. نتيجه گرفته شد اگر دماي قطره در زمان ورود به محفظه را از K 300 به K 400 افزايش دهيم باعث كاهش 7% در زمان تبخير قطره مي‌شود و زماني كه قطر قطره در حين فرايند شكست از μm8/5 به μm3/3 كاهش يابد سبب كاهش 34% در طول تبخير مي‌شود. همچنين تجزيه گرمايي بخار هيدروژن پراكسيد در دماي محفظه مشاهده شده است.

1403/02/11

Numerical simulation of thermal decomposition of hydrogen peroxide

1/1/1900 12:00:00 AM

In liquid propellant engines, feeding systems are used to transfer the propellants to the combustion chamber. One of the feeding systems is the turbopump feeding system, which consists of a gas generator, turbine and pump. There are single-engine and dual-engine gas generators. In this research, liquid hydrogen peroxide single engine gas generator has been studied. In the present study, understanding of the processes of breack up, evaporation, and thermal decomposition of a liquid droplet inside the gas generator was done with numerical simulation approach and Fluent software. The gas flow in the chamber is considered to be a hot mixture of water vapor and oxygen as catalytic decomposition products of hydrogen peroxide. The hydrogen peroxide liquid drop also enters the chamber radially and perpendicularly to the gas flow. Euler-Lagrangian approach was used for simulation and k-ω SST model was used for turbulence modeling. Kelvin-Helmholtz and Riley-Taylor models have been used to simulate liquid fracture, and rate-limiting model decomposition has been used to consider chemical reactions. The pressure-based method with the combined algorithm has been used to solve the momentum and continuity equations. The breack up of the drop into tiny droplets has been observed. droplets larger than a certain value are transformed into finer droplets upon entering through interaction with the flow. Therefore, larger droplets evaporate faster. In general, it was concluded that if the droplet is preheated before being injected into the chamber, or if the droplet diameter becomes smaller during the breaking process, the evaporation length of the droplet will decrease. Also, the thermal analysis of hydrogen peroxide vapor has been observed at the temperature of the chamber. It was concluded that if the drop speed increases from K 300 to K 400 when it enters the chamber, it causes a 7% reduction in droplet evaporation time and when the droplet diameter decreases from 5.8 μm to 3.3 μm during the breaking process. find 34% evaporates during Also, the thermal decomposition of the hydrogen peroxide heater has been observed in the chamber.

هيدروژن پراكسيد , تك‌پيشرانه , تجزيه حرارتي , شبيه‌سازي قطره

Hydrogen peroxide , monopropellant , thermal decomposition , droplet simulation

Ahmsdreza Zarei

Yaser Rayatdoost