بررسی اثر سینتیک شیمیایی در مدل‌سازی جریان محترق اکسندة گازی بر روی سوخت جامد

نویسندگان

دانشکده خواجه نصیرالدین طوسی - دانشکده هوافضا

چکیده

در این پژوهش مکانیزم احتراق اکسیژن گازی بر روی سطح سوخت جامد HTPBمطالعه شده است. به منظور شبیه‌سازی جریان محترق، معادلات ناویر- استوکس و انتقال اجزای شیمیایی با استفاده از روند ضمنی LU-SWحل شده است. مدل‌سازی این نوع فرآیند احتراقی نیازمند شناخت پدیدة پیرولیز در سطح سوخت جامد است. مطالعات تجربی صورت گرفته در این زمینه بیانگر آن است که جزء شیمیایی C4H6عمده محصول گازی حاصل از فرآیند پیرولیز است. به‌منظور تعیین نرخ تولید محصولات گازی حاصل از فرآیند پیرولیز، از یک رابطة تجربی استفاده شده است که خود تابع دمای سطح سوخت است. دمای سطح سوخت را نیز می‌توان با نوشتن معادلة انرژی در سطح مشترک گاز– جامد محاسبه کرد. مکانیزم احتراق بین اکسیژن گازی و هیدروکربن C4H6توسط دو مدل سینتیک شیمیایی شبه کلی توصیف شده است. نتایج نشان می‌دهند که مشخصه‌های اصلی جریان محترق مثل دمای شعله و کسر جرمی محصولات به شدت به مدل سینتیکی درنظرگرفته شده وابسته‌اند. در نهایت، نتایج حاصل از مد‌‌ل‌سازی بر اساس هر دو مدل سینتیک شیمیایی ارائه شده و نرخ پسروی سطح سوخت جامد با دیگر نتایج عددی مقایسه شده است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

An Investigation on the Effect of Chemical Kinetics Mechanisms in the Modeling of Combustive Gaseous Oxidizer Flow on a Solid Fuel Surface

نویسندگان [English]

  • مهدی آهنگر
  • رضا ابراهیمی
چکیده [English]

In this study, the combustion process of gaseous Oxygen on the surface of HTPB solid fuel has been investigated. To simulate the chemically reactive flow, Navier-Stokes equations and species transport equations were solved using LU-SW implicit scheme. Modeling this kind of combustion process demands a deep understanding of the pyrolysis phenomenon on the solid fuel surface. Experimental studies conducted in this field show that the main gaseous product of the pyrolysis process is C4H6. An experimental equation which is dependent to the temperature of the fuel surface is used to determine the gas production rate during pyrolysis process. The temperature of the fuel surface can be obtained by applying energy equation in gas-solid interface. The combustion process of gaseous Oxygen and C4H6 has been described by two quasi-global chemical kinetics models. According to the obtained results, the main characteristic parameters of combustive flow such as the flame temperature and mass fraction of chemical species are strongly affiliated to the applied chemical kinetic model. Finally, the results of modeling based on two different models of chemical kinetics are presented and solid fuel surface regression rate is compared with other numerical results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • hybrid combustion process
  • Numerical modeling
  • regression rate
  • solid fuel pyrolysis
  • chemical kinetics model