به جمع مشترکان مگیران بپیوندید!

تنها با پرداخت 70 هزارتومان حق اشتراک سالانه به متن مقالات دسترسی داشته باشید و 100 مقاله را بدون هزینه دیگری دریافت کنید.

برای پرداخت حق اشتراک اگر عضو هستید وارد شوید در غیر این صورت حساب کاربری جدید ایجاد کنید

عضویت
فهرست مطالب نویسنده:

nematollah fouladi

  • نعمت اله فولادی، محمد فراهانی*، احمدرضا پارسا دلیوند
    یکی از پارامترهای مهم در عملکرد راه اندازی دیفیوزر شبیه ساز ارتفاع بالا، نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع خروجی نازل است. افزایش این نسبت سطح باعث افزایش طول انبساط جریان مافوق صوت و بروز ناپایداری در فرایند راه اندازی دیفیوزر می شود. در پژوهش حاضر، اثر نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع خروجی نازل مخروطی، بر عملکرد راه اندازی تدریجی یک دیفیوزر گلوگاه ثانویه به صورت تجربی مورد بررسی قرار گرفته است. در این بررسی، آزمایش ها با چهار نازل با نسبت انبساط مختلف و با در نظر گرفتن رویکرد افزایش تدریجی فشار محفظه نازل توسط یک منبع هوای پرفشار، انجام شده است. بررسی ها نشان می دهد که در نسبت های سطح مقطع بالا قبل از راه اندازی دیفیوزر، به دلیل ناپایدار شدن جریان در ورودی دیفیوزر نوسانات شدیدی در فشار محفظه آزمون ایجاد می شود. با تحلیل فرکانسی فشار محفظه خلاء مشاهده می شود که با افزایش نسبت سطح مقطع، تعداد مود های نوسانی فشار محفظه خلاء افزایش یافته و فرکانس غالب نوسانات قبل از حالت راه اندازی دیفیوزر بزرگ تر می شود. همچنین مشاهده گردید که به طور کلی با افزایش نسبت سطح مقطع، مقدار فشار موتور متناظر با شروع نوسانات کاهش می یابد. علاوه بر این، مطابق بررسی های انجام شده با افزایش نسبت سطح مقطع از 1/27 تا 7/81، کمینه فشار موتور راه اندازی دیفیوزر به میزان 20/33 درصد افزایش می یابد.
    کلید واژگان: دیفیوزر گلوگاه ثانویه, بستر آزمون ارتفاع بالا, عملکرد راه اندازی, نازل مخروطی, ناپایداری جریان
    Nematollah Fouladi, Mohammad Farahani *, Ahmadreza Parsa Delivand
    One of the most important parameters in the operation of the diffuser of the vacuum simulator is the ratio of the cross-sectional area of the diffuser inlet to the outlet cross-section of the nozzle. Increasing this parameter increases the expansion length of the supersonic flow and causes instability in the process of starting up the diffuser. In the present study, the effect of the different diffuser inlet to nozzle exit area ratio (Ad/Ae) on the starting performance of a second throat exhaust diffuser has been investigated experimentally. Vacuum simulation tests have been carried out on several conical nozzles with different exit area by a high-pressure air apparatus. Investigations show that at high Ad/Ae before starting the diffuser, oscillations in the pressure of the test chamber are created due to the instability of the flow at the diffuser inlet. By frequency analysis of the vacuum chamber pressure, it is observed that as Ad/Ae increases, the number of oscillatory modes of the vacuum chamber pressure increases and the dominant frequency of the oscillations before starting the diffuser becomes larger. It was also observed that, generally, with the increase of Ad/Ae the amount of motor pressure corresponding to the start of oscillations decreases. In addition, according to the investigations, with the increase of Ad/Ae from 1.27 to 7.81, the minimum starting pressure of second throat exhaust diffuser increases by 20.33 %.
    Keywords: Second Throat Exhaust Diffuser, High Altitude Test Facility, Starting Performance, Conical Nozzle, Flow Instability
  • نعمت الله فولادی*، علیرضا محمدی

    هدف این تحقیق ارزیابی بستر آزمون یک موتور انتقال مداری در حالت اولیه فشار پایین (خلاء نسبی) فضای داخلی موتور است. در تست های زمینی معمول موتور در محیط شبیه ساز ارتفاع بالا، فضای داخلی موتور در حالت اولیه فشار اتمسفر محلی قرار دارد. در حالیکه در زمان ماموریت مداری ممکن است شرایط اولیه خلاء در فضای داخلی موتور برقرار باشد. بنابراین برای اطمینان از عملکرد مناسب بالستیک داخلی، لازم است که عملکرد موتور با پیش خلاء سازی فضای داخلی آن تست شود. برای این منظور ابتدا با بررسی تیوری، مناسب بودن هندسه یک دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت برای این نوع تست مطرح شده است. سپس، از شبیه سازی عددی جریان برای بررسی طرح استفاده شده است. شبیه سازی عددی غیردایم با اعمال پروفیل های فشار-زمان موتور به عنوان شرط مرزی ورودی انجام شده است. بررسی ها نشان می دهد که دو پدیده مافوق صوت شدن جریان در دیفیوزر در فشارهای موتور خیلی پایین و تخلیه جریان برگشتی به محفظه خلاء، مانع از تاثیرگذاری قابل توجه شرایط محیطی در جریان داخل نازل می شود، به طوریکه از لحظه اولیه شروع به کار موتور تا راه اندازی پایدار دیفیوزر، جریان در نیمه اولیه نازل در حالت مافوق صوت قرار دارد. بنابراین بالستیک داخلی موتور مستقل از شرایط محیط بیرون ارزیابی می شود.

    کلید واژگان: بالستیک داخلی, دیفیوزر استند خلاء, شبیه سازی عددی, جریان ناپایا
    Nematollah Fouladi *, Alireza Mohammadi

    The purpose of this research is to evaluate a ground test bed of an orbital transmission engine with pre-evacuation of the engine's internal space. In the usual tests on the ground, the initial pressure of the engine is atmospheric pressure. While during the orbital mission, the internal space of the engine may be in the vacuum pressure. Therefore, it is necessary to test the performance by pre-evacuating its internal space. In this research, the suitability of an exhaust diffuser for this type of test is investigated numerically. The unsteady numerical simulations have been done by applying the pressure-time profiles of the engine as the boundary condition of the inlet pressure. Investigations show that the two phenomena of flow being supersonic in the diffuser at very low engine pressures and the discharge of the return flow to the vacuum chamber prevent the significant influence of environmental conditions on the flow inside the nozzle. So, from the initial moment to the stable working of the diffuser, the flow in the first half of the nozzle is in the supersonic state. Therefore, the internal ballistics of the engine is evaluated independently of the conditions of the outside environment.

    Keywords: Internal ballistics, vacuum stand diffuser, numerical simulation, Unsteady flow
  • سینا افخمی، نعمت الله فولادی*، محمود پسندیده فرد

    در تحقیق حاضر، به بررسی تجربی و عددی فرایند راه اندازی دیفیوزر گلوگاه ثانویه همراه با یک نازل نوع سهموی با نسبت انبساط 35 در فشار کل نسبتا پایین، پرداخته شده است. در این بررسی از یک بستر آزمایشگاهی موسوم به تجهیزات تست ارتفاع بالا در مقیاس کوچک با سیال عامل هوای فشرده استفاده شده است. به منظور بررسی عملکرد لحظه ای، فشارگذاری در محفظه نازل به صورت آنی انجام گرفته و فشار محفظه خلاء و توزیع فشار استاتیکی در طول دیفیوزر اندازه گیری شده است. با استفاده از شبیه سازی عددی، پدیده های فیزیکی رخ داده در هر مرحله از ایجاد خلاء شناسایی و تحلیل شده است. نتایج نشان می دهد که فرایند ایجاد خلاء در شبیه ساز ارتفاع بالا نوع گلوگاه ثانویه با حضور یک نازل سهموی بهینه تراست (TOP) بسیار متفاوت از سایر کانتورهای متداول مخروطی و ایده آل می باشد. در این نازل هنگامی که الگوی جدایش مستقل از موج ضربه ای حاکم است، روند تخلیه محفظه خلاء به صورت تدریجی و هموار است. اما هنگامی که الگوی جدایش مستقل از موج ضربه ای RSS در نازل برقرار می گردد، ایجاد خلاء به کندی و همراه با نوسان پیش می رود. با گذار الگوی جدایش از RSS به SSR (جدایش شاک همراه با ناحیه چرخشی) مجددا نرخ تخلیه محفظه خلاء افزایش می یابد. پس از برقراری جریان مافوق صوت کامل در نازل، ایجاد خلاء با نرخ بسیار کندتری نسبت به شرایطی که نازل تحت شرایط جدا شده عمل می کرد، انجام می گردد.

    کلید واژگان: تجهیزات تست ارتفاع بالا, نازل سهموی بهینه تراست, فرایند استارت, دیفیوزر گلوگاه ثانویه, شبیه سازی عددی
    Sina Afkhami, Nematollah Fouladi *, Mahmood Pasandidehfard

    In the present research, the experimental and numerical investigation of the starting process of the second throat diffuser with a parabolic nozzle containing expansion ratio of 35 has been conducted at a relatively low total pressure. This investigation uses an experimental setup known as a small-scale high-altitude test facility with compressed air as the working fluid. Using numerical simulation, the physical phenomena occurring in each stage of vacuum generation have been identified and analyzed. The results show that the process of vacuum generation in the high-altitude simulator of the second throat type with the presence of Thrust Optimum Parabolic (TOP) nozzles included four stages. In the first stage, the vacuum was gradually created by using the nozzle in the free shock separation (FSS). In the second stage, which started as soon as the transition from the FSS pattern to restricted shock separation (RSS), the vacuum generation was slow and accompanied by oscillation. Vacuum generation was gradual in the third stage, which corresponds to the beginning of the shock separation with recirculation(SSR) and continues until the end of regular reflection (RR). And finally, the last stage also coincides with the structure of expanded, under-expanded conditions, the impact of the jet exiting the nozzle with the diffuser wall, and the establishment of start-up conditions, creating a vacuum at a slower rate than in other stages.

    Keywords: High Altitude Test Facility, Thrust Optimized Nozzle, Start process, Second Throat Diffuser
  • نعمت الله فولادی، محمد فراهانی*، میلاد مهدیان دولت آبادی

    هدف پژوهش حاضر ارزیابی عملکرد سیستم خنک کاری جداره آبی برای محافظت حرارتی دیفیوزر فلزی شبیه ساز ارتفاع بالا با ابعاد بزرگ و شار حرارتی بالا در بازه وسیعی از تغییرات فشار کاری سیال خنک کننده می باشد. بدین منظور با استفاده از کد محاسباتی توسعه داده شده، پارامترهای سیستم خنک کاری جداره آبی بر اساس توزیع شار حرارتی معین در طول دیفیوزر، طوری انتخاب می شوند که علاوه بر ارضای شرایط دمایی بدنه فلزی، افت فشار کل نیز در بازه مطلوب قرار گیرد. در ادامه قابلیت کد عددی توسعه یافته برای طراحی و بررسی عملکرد سیستم خنک کاری در فشار کاری 3 تا 50 بار و شارهای حرارتی بالا تا 5/3 مگاوات بر متر مربع با محدودیت دبی جرمی مصرفی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های حاضر نشان می دهد که انتخاب مناسب فشار کاری در طراحی سیستم خنک کاری مخصوصا در جذب شار حرارتی بالا اهمیت زیادی دارد و در انتخاب بهینه دبی جرمی مصرفی و ابعاد بهینه سیستم خنک کاری موثر است، به طوری که افزایش فشار کاری از 3 بار به 10 بار، علاوه بر کاهش قابل توجه ابعاد سیستم خنک کاری، باعث کاهش 75 درصدی دبی جرمی مصرفی می شود.

    کلید واژگان: خنک کاری جداره آبی, دیفیوزر فلزی, فشار کاری, شار حرارتی بالا, الگوریتم طراحی
    Nematollah Fouladi, Mohammad Farahani *, Milad Mahdian Dowlatabadi

    The aim of this study is to evaluate the performance of water-jacket cooling system for thermal protection of an exhaust large dimension diffuser at high heat fluxes in a wide range of coolant pressure. For this purpose, a suitable design algorithm has been developed. Using the present method, the parameters of the water-jacket cooling system are determined so that in addition to satisfying the temperature conditions of the metal body, the total pressure drop has remained in the desired range. In the following, the capability of numerical code to design and performance analysis of the cooling system has been evaluated in coolant pressure of 3 to 50 bar and high heat fluxes up to 3.5 MW/m2. The present studies show that the proper selection of coolant pressure is very important in the design of the cooling system with optimal mass flow rate and minimum coolant dimensions, especially at high heat fluxes, so that increasing the coolant pressure from 3 to 10 bar, in addition to significantly reducing the dimensions of the cooling system, reduces the mass flow rate by 75%.

    Keywords: Water Jacket Cooling, Exhaust Diffuser, Coolant Pressure, High Heat Flux, design algorithm
  • سینا افخمی، نعمت اله فولادی*، محمود پسندیده فرد

    جریان گازها در نازل های سهموی بهینه تراست در شرایط فرامنبسط از فیزیک پیچیده تری نسبت به سایر نازل ها برخوردار است. تخمین صحیح عملکرد این نازل ها تا حدود زیادی به تخمین دقیق محل جدایش جریان وابسته است. مدل های آشفتگی معادلات ناویر-استوکس متوسط گیری شده رینولدز متداول به خاطر تخمین بالادستی تولید انرژی جنبشی آشفتگی در پیش بینی محل جدایش جریان در این نوع نازل ها با خطای قابل توجهی مواجه اند. اخیرا حالت عمومی شده مدل آشفتگی انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص که توسط منتر ارائه شده با بکارگیری پارامترهای قابل تنظیم، امکان تصحیح شبیه سازی عددی را بر اساس فیزیک حاکم و بکارگیری نتایج محدود تجربی فراهم کرده است. در تحقیق حاضر، به شبیه سازی عددی فیزیک جریان در نازل سهموی بهینه تراست با مدل آشفتگی عمومی شده انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص پرداخته شده است. ابتدا خطای فاحش مدل های آشفتگی متداول برای شبیه سازی جدایش جریان در این نوع نازل در شرایط فرامنبسط نشان داده شده است. سپس، پارامترهای حاکم بر این مدل عمومی شده با بکارگیری نمونه ای از نتایج تجربی نازل سهموی بهینه تراست، اصلاح شده و قابلیت این مدل برای تخمین فیزیک جریان در این نازل در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی های عددی نشان می دهد که مدل آشفتگی اصلاح شده برای تخمین دقیق فیزیک جریان و محل جدایش جریان از قابلیت بالایی برخوردار است، به طوری که بکارگیری مدل اصلاح شده همراه با ضرایب جدید باعث بهبود حدود 30 درصدی در تخمین محل جدایش نسبت به مدل مبنای انرژی جنبشی آشفتگی- نرخ اتلاف مخصوص، شده است.

    کلید واژگان: شببیه سازی عددی, نازل سهموی بهینه تراست, الگوی جدایش جریان, مدل آشفتگی GEKO
    Sina Afkhami, Nematollah Fouladi *, Mahmood Pasandideh Fard

    Complex flow separation in thrust optimized parabolic nozzles in the over-expanded condition is one of the challenging issues of many numerical investigations. The correct estimation of a thrust optimized parabolic nozzle performance extremely depends upon the accurate estimation of the onset of flow separation. Literature review indicates that conventional Reynolds-averaged Navier–Stokes turbulence models have a significant error in predicting the onset of flow separation in these types of nozzles due to the overestimating of turbulent kinetic energy production. Recently proposed generalized k-omega has made it possible to rectify numerical simulations based on governing physics and using limited experimental results. In the present study, the flow physics in the LEA_TOC nozzle has been investigated with the numerical simulation approach. At the first, the significant error of conventional Reynolds-averaged Navier–Stokes turbulence models is shown to simulate flow separation in this type of problem. Then, the generalized k-omega parameters are modified based on the limited experimental result of the LEA_TOC nozzle, and the ability of this model has been evaluated to estimate the flow physics under different pressure ratios. Numerical investigations show that generalized k-omega has a high capability for accurately estimating the onset of flow separation at a wide range of nozzle pressure ratios. Applying the corrected generalized k-omega has resulted in an improvement of about 30% in the estimation of the onset of separation in the over-expanded LEA_TOC nozzle compared to the k-ω-SST model.

    Keywords: Numerical Simulation, Thrust Optimized Parabolic Nozzle, Flow Separation Pattern, Generalized K-Omega Turbulence Model
  • نعمت الله فولادی*، سینا افخمی، محمود پسندیده فرد

    در تحقیق حاضر، تاثیر پیش خلاء سازی در فرآیند راه اندازی دیفیوزر گلوگاه ثانویه در تست تجربی یک نازل نوع سهموی تراست بهینه بررسی شده است. در این بررسی از یک بستر آزمایشگاهی موسوم به تجهیزات تست ارتفاع بالا در مقیاس کوچک با سیال عامل هوای فشرده استفاده شده است. با توجه به اهمیت پارامتر بی بعد نسبت سطح مقطع ورودی دیفیوزر به سطح مقطع گلوگاه ثانویه آن، تاثیر تغییرات این پارامتر در فرآیند راه اندازی نازل و دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است. در هریک از هندسه های ثابت دیفیوزر، به منظور بررسی عملکرد لحظه ای، فشارگذاری در محفظه نازل به صورت آنی در دو حالت همراه و بدون پیش خلاءسازی سیستم انجام گرفته و فشار محفظه خلاء و توزیع فشار استاتیکی در طول دیفیوزر اندازه گیری شده است. نتایج نشان می دهد که اعمال پیش خلاءسازی در محفظه تست باعث کاهش 50 تا 60 درصدی زمان راه اندازی دیفیوزر می گردد. علاوه بر آن، پیش خلاءسازی محفظه تست باعث حذف پدیده مخرب گذار از الگوی جدایش جریان در زمان راه اندازی نازل و دیفیوزر می شود. همچنین مشاهده شده است که با تنگ تر شدن مجرای گلوگاه ثانویه دیفیوزر، کمینه فشار راه اندازی دیفیوزر افزایش یافته و در نهایت در نسبت سطح مشخصی جریان در گلوگاه ثانویه به حالت خفگی می رسد.

    کلید واژگان: تجهیزات تست ارتفاع بالا, نازل سهموی بهینه تراست, پیش خلاءسازی, دیفیوزر گلوگاه ثانویه
    Nematollah Fouladi *, Sina Afkhami, Mahmood Pasandidehfard

    In the present study, the effect of pre-evacuation on starting process of a second throat exhaust diffuser has been investigated experimentally by examining a thrust optimized parabolic nozzle. An experimental setup called high-altitude test facility has been used with compressed air as operating fluid. According to the importance of area ratio parameter (Ad/Ast) of a second throat diffuser, the effect of this parameter variation has been examined on the start-up performance of the nozzle and diffuser. In all of the diffuser geometries, to evaluate the instantaneous performances, the pressure in the nozzle chamber has charged instantly in two modes; with and without pre-evacuation. then, the vacuum chamber pressure and static pressure distribution along the diffuser are measured by a data acquisition system. The results show that pre-evacuation in the test chamber reduces the start-up time of the diffuser by 50 to 60%. In addition, pre-evacuating the test chamber eliminates the destructive transition phenomenon from the flow separation pattern during start-up of the nozzle and diffuser. Also, It is observed that with the narrowing of the diffuser’s second throat duct, the minimum starting pressure of the diffuser increases and eventually flow chocks at the second throat in a certain area ratio.

    Keywords: High Altitude Test Facility, thrust optimized parabolic nozzle, Pre-evacuation, second throat exhaust diffuser
  • نعمت الله فولادی*، محسن حاتمی نسب، سینا افخمی

    تحقیق پیش رو به منظور بررسی تاثیر رسوب گرفتگی در عملکرد دیفیوزر مافوق صوت تست استند خلاء انجام شده است. گرفتگی مجرا با رسوب اکسید آلومینیوم به صورت تنگ شدن تدریجی و وابسته به زمان در شبیه سازی عددی لحاظ شده است. در شرایط اولیه، جریان مافوق صوت در نازل و دیفیوزر برقرار است. با گذشت زمان، سطح مقطع دیفیوزر با استفاده از روش شبکه ی متحرک کاهش داده می شود. در تحلیل عددی جریان تراکم پذیر به صورت دوبعدی و تقارن محوری است و از مدل آشفتگی انتقال تنش برشی k-ωبرای حل میدان جریان استفاده شده است. تنگ شدگی مجرا (n) برابر با نسبت قطر لحظه ای گلوگاه ثانویه دیفیوزر به قطر اولیه ی آن تعریف شده است. بررسی ها نشان می دهد که با تغییر پارامتر n از مقدار 1 تا 75/0، جدایش جریان از روی دیواره دیفیوزر به تعویق می افتد و با کاهش افت فشار کل، بازده بازیابی فشار استاتیک جریان توسط دیفیوزر افزایش می یابد. با افزایش میزان تنگ شدن مجرا از 75/0n= تا 64/0n= در اثر خفگی جریان در گلوگاه ثانویه، موقعیت و ساختار امواج ضربه ای جریان در دیفیوزر دچار تغییرات اساسی شده و جدایش جریان در نزدیکی ورودی دیفیوزر و یا در داخل نازل رخ می دهد. در این شرایط، دیفیوزر از حالت راه اندازی خارج شده و محفظه ی تست از شرایط خلاء خارج می شود.

    کلید واژگان: سکوی تست شبیه ساز ارتفاع, دیفیوزر گلوگاه ثانویه, شبیه سازی عددی, روش شبکه ی متحرک
    Nematollah Fouladi *, Mohsen Hataminasab, Sina Afkhami

    This paper is presented to investigate the deposition effect on a second throat exhaust diffuser performance. In the numerical simulation, the blockage of the diffuser due to the deposition of aluminum oxide is considered by a gradual and time-dependent cross-section constriction. In the initial conditions, the supersonic flow has been established in the nozzle and diffuser. Diffuser cross-section area is reduced by using a dynamic mesh method during the solution. The flow is considered compressible, viscous, and 2 dimensional axis-symmetric. The k-ω shear stress transport turbulence model is used to solve the turbulent flow field. Diffuser blockage (n) is equal to the ratio of instantaneous and primary diameters of the second-throat. By changing the value of n from 1 to 0.75, the onset of flow separation is moved to the downstream location in the diffuser. This results in a considerable reduction of total pressure loss and then improves the flow pressure recovery. Decreasing parameter n from 0.75 to 0.64, the flow structure is subjected to severe changes and the separation of the flow occurs near the diffuser inlet or inside the nozzle. In this condition, the diffuser state changes from starting to un-starting mode. Therefore, the vacuum condition vanishes in the test chamber.

    Keywords: High Altitude Test Facility, Second-Throat Diffuser, Numerical Simulation, Dynamic Mesh Method
  • نعمت الله فولادی*، اسماعیل محمدی، علی مددی

    غالبا جهت تست زمینی موتورهای مورد استفاده در فضا از سکوی شبیه ساز ارتفاع استفاده می شود. این سکو مجهز به یک دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت است. جریان گازهای احتراقی خروجی از موتور به طور خودکار از طریق دیفیوزر به محیط اتمسفر تخلیه شده و فشار پایین مطلوب در اطراف موتور برقرار می شود. در صورتی که فشار موتور از حدی پایین تر باشد، جریان مافوق صوت در دیفیوزر برقرار نمی شود. در این حالت نیاز است از اجکتور کمکی در انتهای دیفیوزر استفاده شود. در تحقیق حاضر، الگوریتم جدیدی در طراحی اجکتور مافوق صوت توسعه داده شده است. برخلاف روش های رایج، الگوریتم مزبور قابلیت استفاده از سیال اولیه (ورودی از نازل اجکتور) و سیال ثانویه (خروجی از انتهای دیفیوزر) مختلف را دارد. در طراحی اجکتور، پارامترهای اصلی توسط الگوریتم تعیین می شوند؛ در حالیکه پارامترهای فرعی از نتایج تست تجربی مراجع معتبر و یا شبیه سازی عددی انتخاب می شوند. در الگوریتم طراحی، حاشیه اطمینان لازم برای کارکرد مطلوب اجکتور پیش بینی شده است که توسط شبیه سازی عددی جریان به دست می آید. همچنین از شبیه سازی عددی جریان برای تایید روش طراحی استفاده می شود. در انتها با استفاده از الگوریتم ارایه شده، یک اجکتور برای کم کردن فشار استارت یک مجموعه موتور-دیفیوزر مافوق صوت، طراحی شده است. شبیه سازی یکپارچه دیفیوزر-اجکتور برای دو حالت موتور خاموش و موتور روشن انجام شده و مناسب بودن طراحی انجام شده برای اجکتور در هر دو حالت مورد تایید قرار گرفته است.

    کلید واژگان: شبیه ساز ارتفاع, اجکتور سیال ثانویه, دیفیوزر مافوق صوت, الگوریتم طراحی, شبیه سازی عددی
    Nematollah Fouladi *, Esmail Mohammadi, Ali Madadi

    Usually, ground testing of space engines is performed in high altitude test facility. The facility is equipped with a supersonic diffuser that expels automatically engine gases to the atmospheric pressure and maintains a vacuum pressure around its nozzle and motor. If the motor pressure is lower than a certain amount, the supersonic flow in the diffuser will not be established. In this situation, it is necessary to use auxiliary ejector at the end of the diffuser. In the present study, a new algorithm has been developed in the design of supersonic ejector. Unlike conventional methods, this algorithm can be used for different primary (input from the ejector nozzle) and secondary fluids (outlet from the diffuser end). In the design of the ejector, the main parameters are determined by the algorithm, while the secondary parameters are selected from the empirical test results of the proved references. In this algorithm, a safe margin is considered for the safe operation of the ejector and this margin is predicted by numerical simulation. Also, numerical simulation is used to validate the design method. Finally, using the proposed algorithm, an ejector is designed to reduce the start-up pressure of an engine-diffuser assembly. An integrated simulation of the diffuser-ejector was performed for both cases that rocket motor is off and on, and the appropriateness of the designed ejector was confirmed in both modes of operation

    Keywords: Altitude Simulator, Secondary Flow Ejector, Supersonic Diffuser, Design algorithm, numerical simulation
  • نعمت الله فولادی*، سید احمدرضا میربابایی، مهدی خسرو انجم

    به منظور آزمون عملکرد موتور‏های مورد استفاده در ارتفاعات بالا از سکوی شبیه ‏ساز ارتفاع مجهز به دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت استفاده می‏شود. غالبا، دمای گاز خروجی از نازل این موتورها بسیار بالاتر از حد تحمل بدنه فلزی دیفیوزر است. در تست موتورهای سوخت جامد برخورد ذرات اکسید آلومینیوم با دمای بالاتر از 2500 درجه سانتی گراد به دیواره دیفیوزر شرایط انتقال حرارت را در محل برخورد بحرانی می‏کند. هدف تحقیق حاضر ارزیابی روش خنک کاری با اسپری آب بدنه فلزی یک دیفیوزر با انجام تست‏های تجربی با یک موتور سوخت جامد آزمایشگاهی می‏باشد. ابتدا به منظور شناسایی نقاط بحرانی دمایی، تست موتور با فشار متوسط 60 بار و دمای محفظه 3100 درجه سانتی گراد در شبیه‏ساز خلاء بدون خنک‏کاری دیفیوزر فلزی انجام شده است. نتایج حاکی از رسیدن دمای بدنه دیفیوزر در ناحیه ورودی و همگرایی به دمای بالاتر از 1500 درجه سانتی گراد است، به طوری که منجر به ذوب و سوراخ شدن بدنه دیفیوزر در این ناحیه شده است. در ادامه دو تست دیگر با فشارهای موتور میانگین 33 و 55 بار به همراه خنک‏کاری بدنه دیفیوزر با اسپری آب انجام شده است. نتایج نشان می‏دهد که در دو تست خنک کاری انجام شده بیشترین دما در سطح بیرونی دیفیوزر به مقادیری کمتر از 200 و 400 درجه سانتی گراد رسیده و تا انتهای تست ثابت مانده است. همگرا شدن بیشینه دماهای ثبت شده در سطح بیرونی دیفیوزر به دماهای مورد انتظار در این تست ها تاییدی بر عملکرد مناسب سیستم خنک‏کاری طراحی شده می باشد.

    کلید واژگان: دیفیوزر خروجی گاز مافوق ‏صوت, شبیه‏ سازی خلاء, خنک کاری با اسپری آب, ذرات اکسید آلومینیوم, تست تجربی
    Nematollah Fouladi *, Seyed Ahmadreza Mirbabaei, Mehdi Khosroanjom

    A supersonic exhaust diffuser provides the required test cell vacuum conditions by self-pumping of nozzle exhaust gases to the atmosphere in high altitude simulator. However, the plume temperature is often much higher than the allowable temperature of the diffuser structure. Moreover, in solid-fuel engines, the impact of aluminum oxide particles on the diffuser wall internal surfaces with high temperatures intensifies critical thermal conditions. In the present study, a spray cooling system design method is presented for a supersonic exhaust diffuser. The method is evaluated by performing several experimental tests. First, in order to identify the critical temperature region, the test of the motor with a chamber pressure of 60 bar and a chamber temperature of 3100 ° C is performed with a non-cooled metal diffuser. The results indicate that the temperature of the diffuser body in the inlet and ramp regions reaches a temperature above 1500 ° C, which leads to the melting and perforation of the diffuser in these regions. Two other tests are performed with average motor chamber pressures of 33 bar and 55 bar along with the spray cooling of diffuser body. The results show that the designed cooling system keeps the maximum temperatures of the external surface of the diffuser at the values smaller than 200 and 400 ° C in these tests. The achieved critical temperatures are well matched with the respected ones in the design procedure. This confirms the present spray cooling system design procedure.

    Keywords: Supersonic exhaust diffuser, vacuum simulator stand, water spray cooling, aluminum oxide particles, Experimental test
  • نعمت الله فولادی*
    در تحقیق حاضر عملکرد یک آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع در زمان خاموش شدن یک موتور با رویکرد شبیه سازی عددی جریان مورد بررسی قرار گرفته است. تحلیل عددی غیردائم جریان گازهای احتراقی در هسته اصلی شبیه ساز ارتفاع (دیفیوزر گلوگاه ثانویه و محفظه آزمایش) با پروفیل فشار-زمان خاموشی موتور انجام شده است. فیزیک جریان در این سیستم و عملکرد دیفیوزر مورد استفاده در تخلیه خودکار گازهای احتراقی مورد بررسی قرار گرفته است. بررسی های عددی حاضر نشان می دهند که علی رغم اینکه دیفیوزر مزبور در فشار احتراق بالایی راه اندازی می شود، در زمان خاموشی موتور در فشار احتراق به مراتب پایین تری از حالت راه اندازی خارج می شود. با برگشت گازهای گرم به داخل محفظه آزمایش، دمای متوسط سیال داخل محفظه تا K 2200 افزایش می یابد. این میزان افزایش دمای سیال داخل محفظه آزمایش ممکن است به ابزارهای اندازه گیری موجود در آن آسیب برساند. در ادامه تحقیق، تاثیر نصب محدود کننده جریان برگشتی با ارتفاع مختلف در تغییرات دمایی سیال داخل محفظه آزمایش در زمان خاموشی موتور مورد بررسی قرار گرفته است. نشان داده شده است که تاثیر نصب این مانع در کاهش دمای متوسط سیال محفظه آزمایش چشم گیر است، به طوری-که با نصب یک مانع با ارتفاع مناسب، دمای سیال در محفظه به کمتر از یک سوم برابر حالت بدون استفاده از محدود کننده کاهش می یابد.
    کلید واژگان: آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع, دیفیوزر مافوق صوت, مرحله خاموشی موتور, شبیه سازی عددی, مانع محدود کننده جریان برگشتی
    Nematollah Fouladi *
    In this research, the performance study of an altitude test simulator at transient phase of motor burnout is conducted by numerical approach. Using a time dependent pressure profile of a motor in burnout phase, the unsteady exhaust flow is simulated in the main sections of the altitude test simulator, i.e. high expansion ratio nozzle, second throat exhaust diffuser, and vacuum chamber. Present investigation shows that in spite of the high pressure starting condition of the altitude simulator, the supersonic flow in the diffuser tends to breakdown at relatively low combustion pressure in the motor terminating phase. At the breakdown condition, the nozzle exhaust hot gases directed into the vacuum chamber through the annular gap between nozzle and diffuser walls. Present simulation shows that the overall temperature of fluid in vacuum chamber is reached up to 2000 K after the motor burnout. Really, It is potentially dangerous for measurement instruments inside the vacuum chamber. Furthermore; in this research, the influences of backflow arrester (BFA) in variations of vacuum chamber temperature are studied at this transient terminating phase. It has been shown that, the BFA can decrease the exhaust streaming into the chamber in initial breakdown periods. Results show that utilizing a suitable BFA size, the safe temperature condition could be established in vacuum chamber during and after the transient terminating phase of motor.
    Keywords: Altitude test simulator, supersonic diffuser, motor burnout, numerical simulation, backflow arrester
  • محسن حاتمی نسب*، نعمت الله فولادی

    در تحقیق حاضر تحلیل آماری اجکتور مورد استفاده در 50 مورد تجهیزات تست ارتفاع در دنیا صورت گرفته است. اطلاعاتی از قبیل موقعیت اجکتور، سیال عامل، تولید سیال عامل، فشار و دمای کاری، حفاظت حرارتی و هزینه های ساخت و عملیاتی می تواند در صنایع فضایی در حال توسعه مفید واقع گردد. بررسی ها نشان می دهد که در 87% از تجهیزات، موقعیت نصب اجکتور به صورت مرکزی بوده است. همچنین در 76% از این تجهیزات از بخار آب به عنوان سیال عامل استفاده شده است. جهت حفاظت حرارتی اجکتورهای مرکزی، غالبا از سیستم خنک کاری با اسپری آب استفاده می شود. با توجه به منابع موجود، نرخ جرمی آب مورد استفاده برای خنک کاری گازهای احتراقی قبل از اجکتور در محدوده ی 1/8 تا 3/9 برابر نرخ جرمی گازهای احتراقی تولید شده توسط موتور در بازه ی تراست 0/11 تا 204 کیلونیوتن است. در اغلب تجهیزات تست موتورهای سوخت جامد و سوخت مایع به ترتیب از انباشتگر بخار و موتور مولد بخار به عنوان منبع تولید بخار آب استفاده شده است.

    کلید واژگان: تجهیزات تست ارتفاع, دیفیوزر-اجکتور مافوق صوت, حفاظت حرارتی, سیال اولیه
    Mohsen Hatami Nasab *, Nematollah Fouladi

    In the present research about 50 high altitude test facilities (HATFs) in the world and ejectors of them have been analyzed. Practical information such as type of the ejector, operating fluid, procedure of fluid generation, operating pressure and temperature, Thermal protection and costs of construction and operation can be useful in developing space industries. The present study shows that in 87% of the 50 HATFs, central ejectors and in 76% of them water steam have been used. Water spray cooling is often used to provide thermal protection for ejectors. Based on the available references, the water mass flow rate for cooling system is in the range of 1.8 to 3.9 times of the mass flow rate of exhaust gases of the engines with thrust in the range of 0.11 to 204 kN. To produce water steam, the HATFs for solid and liquid fuel engines frequently employ the steam accumulators and steam generators, respectively.

    Keywords: High Altitude Test Facility, Supersonic Diffuser-Ejector, Thermal protection, Primary Fluid
  • نعمت الله فولادی *
    غالبا، در لحظه روشن شدن یک موتور در آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع، جریان گازهای احتراقی از هد دینامیکی کافی برای برقراری جریان مافوق صوت در دیفیوزر خروجی گاز این آزمایشگاه برخوردار نیست. در این حالت، وقوع پدیده جریان برگشتی به داخل محفظه خلاء اجتناب ناپذیر است. جریان برگشتی گازهای دما بالا به محفظه خلاء، علاوه بر از بین بردن خلاء مطلوب و کاهش دقت اندازه گیری ها، زمان راه اندازی دیفیوزر را نیز به تعویق می اندازد و ممکن است به سیستم های اندازه گیری آسیب برساند. در تحقیق حاضر ابتدا با شبیه سازی عددی فرآیند روشن شدن موتور در داخل یک آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع، پدیده جریان برگشتی در این سیستم مورد مطالعه قرار گرفته است. در گام بعدی، با نصب مانع محدود کننده جریان برگشتی با ارتفاع مختلف در محل ورودی محفظه خلاء، تاثیر آن در کاهش نرخ جریان برگشتی و عملکرد راه اندازی دیفیوزر مورد بررسی قرار گرفته است. در ادامه، راهکار مانع جریان برگشتی یکطرفه برای اولین بار در این تحقیق ارائه شده و میزان بهبود عملکرد راه اندازی دیفیوزر با راهکار مزبور مورد ارزیابی قرار گرفته است. بررسی های عددی حاضر نشان می دهد که استفاده از مانع جریان برگشتی عادی علی رغم تاثیر قابل توجه آن در کاهش بیشینه فشار و دمای محفظه خلاء، کاهش چشم گیری در زمان راه اندازی دیفیوزر ایجاد نمی کند. حتی با حضور این مانع حالت پایای مطلوب در محفظه خلاء با تاخیر ایجاد می شود. در حالیکه بکارگیری مانع جریان برگشتی یکطرفه علاوه بر حفظ مزیت های روش عادی، کاهش قابل توجهی در زمان راه اندازی دیفیوزر و رسیدن به فشار مطلوب در محفظه خلاء ایجاد می کند.
    کلید واژگان: آزمایشگاه شبیه ساز ارتفاع, محدود کننده جریان برگشتی, زمان راه اندازی دیفیوزر, شبیه سازی عددی جریان
    Nematollah Fouladi *
    During transient phase of motor burning in an altitude test simulator, the low momentum exhaust combustion gases could not establish supersonic flow in the exhaust diffuser. This leads to a reverse flow of the exhaust gases into the vacuum chamber through the annular gap between nozzle and diffuser walls. This spoils the vacuum in the chamber and it is potentially dangerous for measurement instruments inside the vacuum chamber. In this research; at the first, the physics of the flow at initial transient phase of motor burning is investigated numerically and the backflow phenomenon is illustrated. Then, the influences of backflow arrester (BFA) in variations of vacuum chamber pressure and temperature are studied at the transient starting phase. It has been found that applying BFA to decrease the backflow to the vacuum chamber has no significant effect on starting time of the diffuser but it has strong effect on peak pressure and temperature reduction of the vacuum chamber. It is although found that attaining to the steady condition in vacuum chamber is delayed with this instrument. However, using one-way backflow arrester of reasonable size, both the starting time of diffuser and the peak temperature of the vacuum chamber experience a strong reduction. Although, the vacuum chamber steady condition is accelerated with this alternative. Therefore, this device is more suitable than conventional BFA for transient starting phase of the altitude test simulators.
    Keywords: Altitude test simulator, backflow arrester, diffuser starting time, Computational fluid dynamics
  • نعمت الله فولادی*، علیرضا محمدی، هادی رضایی
    در تحقیق حاضر الگوریتم طراحی دیفیوزر خروجی گاز مافوق صوت از نوع گلوگاه ثانویه برای تست زمینی موتورهای مورد استفاده در ارتفاعات جوی بالاتر از Km 100 ارائه شده است. در این الگوریتم پارامترهای هندسی دیفیوزر به دو دسته اصلی و فرعی دسته بندی می شوند. پارامترهای اصلی از روش موج ضربه ای قائم با اعمال ضریب تصحیح محاسبه شده و پارامترهای فرعی از نتایج تجربی گزارش شده از مراجع مختلف تعیین می گردد. نهایتا جهت تایید طراحی و نهایی سازی ضریب تصحیح از شبیه-سازی عددی جریان استفاده می شود. در تحلیل جریان از معادلات تراکم پذیر ناویر-استوکس به فرم تقارن محوری به همراه مدل توربولانسی Kω-SST استفاده شده است. روش تحلیل عددی حاضر، یک روش ترکیبی متشکل از حل فشار-مبنای ناپایا جهت سرعت بخشیدن به همگرایی حل عددی و چگالی-مبنای پایا جهت افزایش دقت تحلیل عددی می باشد. در این تحقیق، اعتبارسنجی روش تحلیل عددی با استناد به یک مرجع تجربی معتبر انجام شده است. در ادامه، شبیه سازی عددی دیفیوزر طراحی شده برای تست زمینی موتور مورد نظر با فشارهای احتراق مختلف انجام شده است. نتایج تحلیل عددی در قالب تشریح برخی از کمیت های میدان جریان، مانند عدد ماخ و فشار استاتیک مورد تشریح قرار گرفته و عملکرد دیفیوزر طراحی شده مورد تایید قرار گرفته است.
    کلید واژگان: سکوی شبیه ساز ارتفاع, دیفیوزر گلوگاه ثانویه, شبیه سازی عددی جریان
    Nematollah Fouladi *, Alireza Mohamadi, Hadi Rezaei
    In this paper, the design algorithm of a second throat exhaust diffuser applicable in altitude tests of large expansion ratio nozzles is presented. In this algorithm, the geometric parameters of the exhaust diffuser are classified into primary and secondary parts. The primary geometric parameters are calculated from normal shock theory incorporating with a correction coefficient. However, the secondary parameters are selected from the previously reported experimental results. Numerical simulation tool is utilized to satisfy the design candidates and to finalize the correction factor. Axis-symmetric compressible Navier–Stokes equations incorporated with two equation Kω-SST turbulence model are solved to extract the supersonic exhaust diffuser flow features. As a first stage of numerical analysis, we use an unsteady pressure-based solver to accelerate the solution procedure. At the second stage, we use steady density-based solver to enhance the accuracy of our solutions. The current numerical method is properly validated by experimental reported results in the literature. Finally, we focused on simulation results of a designed diffuser and described the flow futures at different boundary conditions. The simulation results are confirmed that the designed diffuser is suitable for proposed altitude test.
    Keywords: Altitude test facility, second throat exhaust diffuser, computational fluid dynamics
سامانه نویسندگان
  • نعمت الله فولادی
    نعمت الله فولادی

اطلاعات نویسنده(گان) توسط ایشان ثبت و تکمیل شده‌است. برای مشاهده مشخصات و فهرست همه مطالب، صفحه رزومه ایشان را ببینید.
بدانید!
  • در این صفحه نام مورد نظر در اسامی نویسندگان مقالات جستجو می‌شود. ممکن است نتایج شامل مطالب نویسندگان هم نام و حتی در رشته‌های مختلف باشد.
  • همه مقالات ترجمه فارسی یا انگلیسی ندارند پس ممکن است مقالاتی باشند که نام نویسنده مورد نظر شما به صورت معادل فارسی یا انگلیسی آن درج شده باشد. در صفحه جستجوی پیشرفته می‌توانید همزمان نام فارسی و انگلیسی نویسنده را درج نمایید.
  • در صورتی که می‌خواهید جستجو را با شرایط متفاوت تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مطالب نشریات مراجعه کنید.
درخواست پشتیبانی - گزارش اشکال