تحلیل عددی ترمودینامیک و سینتیک احتراق پیشرانه مایع بر پایه هیدروژن و متان

درک کافی از سوزش پایدار و کنترل عملکرد در موتورهای پیشرانه مایع، مستلزم شناخت کافی از شرایط محفظه احتراق، سلسله واکنش های شیمیایی (سینتیک احتراق پیشرانه) و متغیرهای ترموفیزیکی متکی بر آن است. بدین منظور پس از بررسی معادله های حاکم و شبیه سازی محفظه احتراق بر پایه دینامیک سیالات، محاسبه هایی در نسبت های هم ارزی گوناگون، چگونگی توزیع دما، سرعت واکنش شیمیایی و کسر جرمی گونه های شیمایی، به عنوان شالوده کار و نمایان گر چالش های طراحی محفظه احتراق و سامانه های مرتبط با آن مطرح می شود. نتیجه های شبیه سازی به خوبی بسیاری از ویژگی های پیشرانه مایع هیدروژن- اکسیژن و متان- اکسیژن را پیش بینی و توجیه می نماید. برای پیشرانه متان- اکسیژن به دلیل تولید کربن مونوکسید در نسبت های بالای سوخت به اکسیدکننده و بالا بودن آنتالپی تشکیل آن، افت تکانه ویژه، دما و سرعت واکنش شیمیایی پیشرانه در محفظه احتراق مشاهده می شود. دما در محفظه احتراق و ناحیه های نزدیک پاشنده ها برای این پیشرانه در نسبت هم ارزی یک، بسیار بیش تر از پیشرانه هیدروژن- اکسیژن است که دمای زیادتر منجر به آسیب جدی به دیواره محفظه احتراق، سامانه انتقال پیشرانه و پاشنده ها می شود. همچنین با بهبود طراحی نازل می توان انرژی گرمایی گازهای محفظه احتراق را به انرژی جنبشی و سرعت تبدیل نمود و تکانه ویژه تولیدی را افزایش داد.