-
In supersonic water vapor flows of low pressure turbines, the nucleation phenomena and consequent condensation is commonly observed. Internal heat transfer which is caused by phase change is strongly irreversible and has unwanted effects on turbine efficiency. Also, the strike of formed droplets on the surfaces results in large amounts of mechanical damages. Condensation heat release to supersonic flow is named condensation shock and leads to a considerable pressure rise which in turn reduces the outlet velocity and occasionally causes severe oscillations and makes the flow supercritical. The authors have presented a novel analytical approach for the reduction of these unwanted results in Laval nozzles by volumetric heating of the convergent section. In this paper and in continuation of the series of papers by the authors, one dimensional, supersonic and two-phase flow is modeled analytically and the simultaneous effects of volumetric heat transfer and friction in the convergent nozzle are investigated. It is concluded that the simultaneous use of friction and volumetric heatingcan be an appropriate and useful technique for the control of two-phase flow conditions and keeping them in the desired range.Keywords: condensation flow, supercooled steam, nucleation, friction, volumetric heat transfer, Laval nozzle
-
کاهش آسیب پذیری هواپیماهای جنگی در برابر تهدیدات ناشی از حسگرهای مدرن، با کاهش انتشار اثرات فیزیکی آنها صورت می گیرد. این کار با عنوان «استتار درون ساخته»، یکی از اصول مهم پدافند غیرعامل بوده و در شناساگریزی سکوهای نظامی مورد توجه می باشد. در این کار پژوهشی اثر تغییر هندسه نازل خروجی اگزوز هواپیما، بر سردسازی سریع محصولات احتراق که به اتمسفر تخلیه می شوند، جهت فرونشانی اثر تابش فروسرخ مورد توجه قرار گرفته است. اثر فروسرخ پلوم بررسی، و برای برآورد میزان تابش آن، از نرم افزار فلوئنت استفاده شد. در این راستا، میدان سیال پلوم برای دو نازل همگرا با هندسه های متفاوت، با این نرم افزار شبیه سازی شد و تاثیر هندسه بر توزیع دمای پلوم مشاهده گردید. نتیجه این شبیه سازی نشان می دهد که دما در هسته داغ پلوم، برای نازل صاف بدون برش و نازل برش دار به ترتیب حدود 900 و 840 درجه کلوین به دست می آید. کار انجام شده، در مقایسه با نتایج تجربی موجود، رضایت بخش بوده و نشان می دهد که پلوم در حالت برش دار، سریع تر سرد می شود.
کلید واژگان: پلوم, اثر فروسرخ, شناساگریزی, آشکارساز فروسرخ, هواپیماVulnerability mitigation of war planes against modern sensor threats is implemented by reducing their physical signatures. This measure, as an inherent camouflage, is one of the important principles of passive defense and is emphasized in field of stealth technology of military platforms. In this essay, the changing effect of geometry of aircraft exhaust nozzle on the rapid cooling of ignition product released in the atmosphere to suppress IR signature has been put on high interest. The plume IR signature is investigated and to estimate its radiation rate, the FLUENT software is used. In this regard, the plume flow field for two convergent nozzles with different geometries was simulated with this software and geometry effects on plume temperature distribution was observed. The simulation result shows that the temperature of the hot plume core, for plane and notched nozzle respectively about 900° and 840° degrees Kelvin is obtained. Result of this research compared with the experimental results, was satisfactory and shows that the plume cools faster in a notched nozzle.Keywords: Plume, IR Signature, Stealth, Infrared Detector, Aircraft -
در این مقاله، سیستم تغذیه سوخت آند پیل سوختی غشا پلیمری به وسیله اجکتور نازل همگرا، مطالعه شده است. این سیستم برای کاهش توان پارازیتی پیل، بازگشت دوباره سوخت و استفاده از انرژی پتانسیل فشاری مخزن سوخت بسیار موثر است. با انتخاب یک مدل تقارن محوری اجکتور، معادلات حاکم شامل: بقا جرم، ممنتم، انرژی و معادله حالت به روش عددی حل شده اند و تاثیر افت فشار گاز در کانال سوخت سمت آند، فشار عملکرد پیل سوختی و دمای عملکرد پیل بر عملکرد اجکتور بررسی شده است. نتایج نشان می دهد که با کاهش افت فشار پیل، عملکرد اجکتور بهبود یافته و حتی در فشار جریان اولیه پایین تر، افزایش عملکرد بهتر خواهد بود که این مزیت خوبی می باشد که در فشار پایین تر به بالاترین نسبت دبی جرمی جریان ثانویه به دبی جرمی جریان اولیه دست یابیم. با افزایش فشار و دمای کارکرد پیل نیز عملکرد اجکتور بهتر خواهد شد؛ هر چند که حساسیت عملکرد اجکتور به افزایش فشار کارکرد، بسیار بیشتر است. تاثیر نسبت قطر ناحیه اختلاط به قطر نازل نیز به عنوان یک پارامتر هندسی مهم بررسی شده است.
کلید واژگان: پیل سوختی غشا پلیمری, اجکتور, جریان برگشتی آند, عملکرد, مدلسازی عددیIn this study، convergent nozzle ejector in the PEM fuel cell system is analyzed. This method can reduce the parasitic power of the fuel cell، recycle the unconsumed hydrogen to the fuel cell to increase the fuel usage efficiency، utilize the pressure potential energy of hydrogen and regulate the anode humidity with the recycle gas. For this purpose، continuity، momentum، energy and state equations are solved by numerical methods and effects of pressure drop (through the channel towards the anode)، operating pressure and temperature of the fuel cell and also nozzle diameter on the ejector performance was analyzed. With decreasing of pressure drop، even in primary lower pressure، increasing of performance pressure the performance of ejector will improved. The temperature increase has no effect on the performance of the ejector itself، but has enormous effect on the fuel cell. Increasing the diameter ratio of the constant diameter zone to the nozzle diameter leads to increasing of recirculation anode line of the fuel in higher pressure.Keywords: PEM Fuel Cell, Ejector, Recirculation, Performance, CFD -
An axisymmetric jet issued from a sharp edged circular convergent nozzle has been studied experimentally in the near field at Reynolds number 5.3x104 to search the saddle shape behavior of mean velocity and the role of mean static pressure in the jet flow. Due to the vena contracta effect the centerline mean velocity of the jet increases about 4.2% of its exit value and corresponding decrease of mean static pressure is found in the potential core of the jet. Streamwise mean velocity shows saddle shape profile adjacent to the mixing layer near the exit (due to secondary current). Velocity peaks are associated with corresponding drop of mean static pressure. This saddle shape behavior is found to die down at the end of the potential core. The geometric virtual origin is at downstream of the nozzle tip and the entrainment rate is increased nonlinearly with the axial distance. A partial self-preservation of mean velocity is attained earlier than that of mean static pressure.
-
نشریه دفاع هوافضایی، پیاپی 2 (تابستان 1401)، صص 93 -113
در این مقاله، انتقال حرارت نقش عمده ای در طراحی و نحوه ی عملکرد موشک ها و وسایل نقلیه ای که دارای راکت جلوبرنده می باشند، دارد. اهمیت اصلی این بحث مربوط به محدوده ی ایمنی مواد سازنده موشک و بخصوص در قسمت هایی مثل محفظه ی احتراق و نازل می باشد که تحت حرارت بحرانی قرار دارند. تنها یک نقص کافی است تا در کارکرد موشک اختلال ایجاد کند. همچنین ممکن است در اثر حرارت زیاد در گلوگاه نازل، قسمتی از فلز به صورت منطقه ای خورده شود که در آن صورت جریان گازهای خروجی به صورت نامتقارن درمی آید که منجر به ایجاد بردار ضربه ای با جهت نامناسب می گردد. این امر باعث خطا در هدایت موشک به سمت هدف موردنظر می شود و در فضاپیماها سوخت زیادی را برای تصحیح مسیر بهوسیله سیستم جلوبرنده ثانویه به مصرف می رساند. در مقاله ی حاضر، میزان حرارت منتقل شده به جداره به ازای مقاطع مختلف در موتور طی شبیهسازی در نرم افزار محاسبه شده است، همچنین شرایط مایع خنک کننده و دماها به گونه ای محاسبه شده است که متناسب با حرارت موجود در هر مقطع عمل خنک کاری انجام شود. برای این منظور موتور به چهار بخش محفظهی احتراق، قسمت همگرای نازل، گلوگاه نازل، قسمت واگرای نازل تقسیم شده است که نرخ حرارت منتقل شده از گازها به جداره (با توجه به شرایط گاز در مقاطع مختلف) و نیز دمای جداره در مجاورت مایع خنک کننده و همچنین دمای مایع خنک کننده به ازای مقاطع مختلف مربوط به هر بخش محاسبه شود. قابل ذکر است، در پروژه حاضر بسته نرم افزاری ANSYS به منظور ایجاد هندسه، مش و شبیهسازی مورداستفاده قرار گرفته است.
کلید واژگان: موشک, انتقال حرارت بازیابی, محفظه ی احتراق, نازلHeat transfer plays a major role in the design and performance of missiles and vehicles that have rocket driving. The main importance of this discussion is related to the safety range missile materials, especially in areas such as the combustion chamber and nozzle, which are under critical heat. Only one failure is enough to interfere with the operation of missiles. It may also be due to excessive heat in the nozzle throat, a portion of the sheet metal locally damaged. In which case the exhaust gas flow becomes asymmetrically, which led to the creation of inappropriate force vector direction. This leads to an error in the missile guidance to the target and a lot of fuel consumed on the spacecraft to correct its path by secondary driving system. In this project the amount of heat transferred to the chamber for different sections of engine during the simulation by software is calculated, also the coolant conditions and temperatures have been calculated in accordance with existing heat and cooling operation performed in each section. For this purpose, the engine divided into four parts, the combustion chamber, the convergent nozzle, throat nozzle and the divergent nozzle. The rate of heat transferred from the gas chamber (according to the conditions of gas in different sections) as well as the chamber temperature in the vicinity of the coolant and coolant temperature calculated for different sections of each section. Notably, in this research, ANSYS software package is used to create geometry, mesh and simulations.
Keywords: missiles, regenerative heat transfer, combustion chamber, nozzle -
آیروترمودینامیک گاز در واقع مطالعه ترمودینامیک گازها در سرعت بالاست که همراه با تبادل حرارت و انرژی مکانیکی است. ازجمله سیستم هایی که دارای این ویژگی اند می توان به سیستم های پیشرانش راکتی اشاره کرد. در سیستم های پیشرانش راکتی، که دارای نازل همگرا-واگراست، در طول نازل مقدار فشار و دما تغییر کرده و سرعت بالای این نوع سیستم ها موجب کاهش زمان اقامت می شود. به همین منظور، در این مطالعه، به بررسی موتور سوخت مایع و اثرات تغییر نوع سوخت و نسبت هم ارزی بر روی احتراق و پارامترهای عملکردی موتور پرداخته شده است. حل عددی با استفاده از مدل آشفتگی و مدل احتراقی EDCو فرض دبی ثابت در جریان ورودی برای دو سوخت هیدروژن و کروسین با استفاده از نرم افزار فلوئنت انجام شده است. برای شبیه سازی واکنش های شیمیایی کروسین از مکانیزم کاهش یافته 9 مرحله ای و هیدروژن 14 مرحله ای استفاده شده است. به منظور صحت سنجی نتایج حل عددی از داده های تجربی استفاده شده است که تطابق نسبتا مناسبی بین آن ها مشاهده می شود. از نتایج مهم این مطالعه می توان به رفتار نسبتا مشابه حل حالت گونه های تثبیت شده و نرخ محدود در تمامی نسبت های هم ارزی در محفظه احتراق اشاره کرد. همچنین، با افزایش نسبت هم ارزی، در محدوده مکانی وسیع تری از موتور (محفظه و قسمتی از نازل همگرا)، می توان حل حالت گونه های تثبیت شده و نرخ محدود را یکسان درنظر گرفت. از دیگر نتایج مهم، می توان به وقوع واکنش هایی با نرخ محدود در قسمت واگرای نازل برای سوخت کروسین و یکسان بودن مکان بیشینه عدد دامکوهلر برای دو سوخت اشاره کرد.
کلید واژگان: احتراق, نسبت هم ارزی, دینامیک سیالات محاسباتی, کروسین, هیدروژنGas aerothermodynamics is the thermodynamics of a gas in high velocity associated with heat transfer. One of the devices which takes advantage of this field is a rocket system. High velocity flow filed with intensely varying pressure and temperature along the nozzle axis leads to reduction of residence time. This means the balance between chemical and flow time scales is changing in the flow stream. In this study, reacting flow composition variations in combustion chamber and nozzle of a liquid rocket engine is numerically investigated for hydrogen and kerosene fuels regarding combustion efficiency and performance of the engine. Numerical modeling has been conducted with the aid of commercial code FLUENT. k −e turbulence and EDC combustion models have been used to consider turbulence effects on the flow field. 9-step and 14-step skeletal mechanisms have been utilized to represent chemical oxidation of kerosene and hydrogen, respectively. Results show a reasonable accuracy in comparison with experimental measurements. As a result of this study, it can be concluded that in combustion chamber and convergent nozzle, the frozen and finite rate modeling have almost same results in all equivalence ratios. However, in divergent section of the nozzle some reactions proceed in finite rate regarding to fuel type. Finally, it can be noted that maximum Damkohler number occurs in the same axial position for both kerosene and hydrogen fuels.Keywords: Combustion, Equivalence ratio, Computational fluid dynamics, Kerosene, Hydrogen -
This study experimentally explores the effect of tabs with asymmetric projections on the mixing effectiveness of jets at different nozzle exit Mach numbers with subsonic ranges of 0.4, 0.6, and 0.8. The results obtained with the tab-controlled jet are compared with those of uncontrolled jets. In this experimental investigation, a pair of identical tabs is deployed along a diameter of a convergent nozzle with inlet and exit cross sections of a circle, where each tab has two triangular projections configured at locations offset to each other at a distance of 1 mm on a plain rectangular stem. The geometrical blockage due to the presence of both tabs is maintained at 5.09% to minimize the thrust loss incurred due to tabs. The counter-rotating vortices generated at different locations of the tabs, caused instability or shear distortions at the nozzle exit, promoting jet mixing and eventually leading to rapid velocity decay along the jet axis and accentuating the reduction of the potential core. Compared to plain jet, reductions in core length of about 70%, 76%, and 81% at Mach 0.4, 0.6, and 0.8, respectively, are observed with the tab-controlled jets. The total pressure decay characteristics in the radial profile along the tab and normal-to-tab orientations have shown significant distortion in the jet structure, making it asymmetrical again owing to the asymmetrical positioning of projections on the tabs. Besides, in comparison with the plain nozzle, the total pressure decay characteristics in the radial profiles of tab-controlled jets are significantly different along the axial locations in the downstream direction due to the same reason of the asymmetrical positioning of triangular projections on the tabs. The primary research goal of this experimental investigation with asymmetrical tabs is to promote jet mixing asymmetrically to achieve thrust vectoring of jets.Keywords: Experimental aerodynamics, Jet mixing, Convergent nozzle, Subsonic jets, Asymmetric projections, Jet entrainment, Counter-rotating vortices
-
This work simulates the turbulent boundary layer of an incompressible viscous swirling flow through a conical chamber. To model the pressure gradient normal to the wall, the radial and tangential velocity components across the boundary layer have been calculated by both the integral and numerical methods. The numerical solution is accomplished by finite difference, based on the finite volume method. The results show that the radial and tangential boundary layer thicknesses depend on the velocity ratios, Reynolds number and nozzle angle. The peak of radial and tangential boundary layer thicknesses are located at z/L≈0.2 and z/L≈0.8 from the nozzle inlet, respectively. Due to the short length of the nozzle, the contribution of momentum change on pressure loss is more significant than that on the shear stress. Also, the pressure gradient normal to the wall had been considered more accurately than that of the previous attempts.
-
In this study, a mathematical analysis by considering the effect of an actual index of expansion clearly shows a persistent of the existence of subsonic flow after the throat to a down stream in the region of divergent part to produce a supersonic velocity at the exit of a convergent-divergent nozzle. The length of the divergent part where subsonic velocity found is dependent upon the magnitude of the nozzle efficiency and the actual index of expansion. The change in velocity from subsonic, sonic and supersonic occurs only in the divergent part while the corresponding frictionless behavior has the classical features (subsonic in the convergent, sonic at the throat, and supersonic in the divergent). This is mainly due to thermodynamic processes which result a change in enthalpy due to friction and a gain in entropy. The reference conditions are newly derived for an actual frictional flow condition. This design aspect differs in a physical manner corresponding to that from an isentropic flow. An actual nozzle shape for convergent-divergent nozzles is also investigated under a non-isentropic flow condition.Keywords: Actual shape, Convergent, divergent nozzle, Friction, Reference condition, Subsonic velocity
-
Journal of Aerospace Science and Technology, Volume:14 Issue: 2, Summer and Autumn 2021, PP 141 -151
The nozzle, an end-element of the propulsive process Cycle, represents a critical part of any aerospace vehicle. The task of accelerating and efficiently exhausting combusted and reactive gases according to the delivered thrust represents the main objective of the propulsion system design. Flow separation in supersonic convergent–divergent nozzles has been the subject of several experimental and numerical studies in the past. Now, with the renewed interest in supersonic flights and space vehicles, the subject has become increasingly important, especially for aerospace applications (rockets, missiles, supersonic aircrafts, etc). Flow separation in supersonic nozzles is a basic fluid dynamics phenomenon that occurs at a certain pressure ratio of chamber to ambient pressure, resulting in shock formation and shock/turbulent-boundary layer interaction inside the nozzle. From purely gas-dynamics point of view, this problem involves basic structure of shock interactions with separation shock, which consists of incident shock, Mach reflections, reflected shock, triple point and slip lines. In this article A Review on Flow Separation Phenomenon for Supersonic Convergent–Divergent Nozzles has been investigated.
Keywords: gas-dynamics, Flow Separation, supersonic convergent divergent nozzles, shock interactions, Mach reflections
-
از آنجا که گزینه «جستجوی دقیق» غیرفعال است همه کلمات به تنهایی جستجو و سپس با الگوهای استاندارد، رتبهای بر حسب کلمات مورد نظر شما به هر نتیجه اختصاص داده شدهاست.
- نتایج بر اساس میزان ارتباط مرتب شدهاند و انتظار میرود نتایج اولیه به موضوع مورد نظر شما بیشتر نزدیک باشند. تغییر ترتیب نمایش به تاریخ در جستجوی چندکلمه چندان کاربردی نیست!
- جستجوی عادی ابزار سادهای است تا با درج هر کلمه یا عبارت، مرتبط ترین مطلب به شما نمایش دادهشود. اگر هر شرطی برای جستجوی خود در نظر دارید لازم است از جستجوی پیشرفته استفاده کنید. برای نمونه اگر به دنبال نوشتههای نویسنده خاصی هستید، یا میخواهید کلمات فقط در عنوان مطلب جستجو شود یا دوره زمانی خاصی مدنظر شماست حتما از جستجوی پیشرفته استفاده کنید تا نتایج مطلوب را ببینید.
- 4116
- 32
-
علمی4148
- 4139
- 9
نتایج را در یکی از موضوعات زیر محدود کنید.