بررسی عددی تاثیر شکل سطح مقطع نازل بر روی مشخصات میدان جریان

نوع مقاله : ترویجی

نویسندگان

1 کارشناسی ارشد مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

2 استاد، دپارتمان مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی امیرکبیر، تهران، ایران

چکیده

هدف از انجام این پژوهش، بررسی تاثیر شکل سطح مقطع نازل بر روی میدان جریان با استفاده از شبیه‌سازی عددی و به‌ وسیله‌ی دینامیک سیالات محاسباتی می‌باشد. شش نوع نازل با سطح‌ مقطع دایروی، مربعی، مستطیلی و سه نوع نازل بیضوی با سطح‌ مقطع‌های برابر و با استفاده از نرم‌افزار Ansys Workbench طراحی شده‌اند و تحلیل مسئله نیز به‌وسیله‌ی نرم‌افزار18.1 Ansys Fluent انجام گرفته‌است، نتایج بدست‌آمده جهت اعتبارسنجی با نتایج حاصل از مطالعه‌ی آزمایشگاهی تورنگرن مقایسه شده‌اند. به منظور مقایسه‌ی عملکرد نازل‌ها، کانتور‌ میدان سرعت ومقادیر آن در خروجی و گلوگاه نازل و همچنین کانتور انرژی جنبشی توربولانسی ارائه گشته و بررسی آن‌ها انجام شده‌است که نتایج بدست‌آمده در حالت کلی بیانگر عملکرد مناسب و قابل توجه نازل مربعی از نظر میزان سرعت و توزیع انرژی جنبشی توربولانسی و همچنین قابلیت بهبود عملکرد نازل دایروی با تغییر شکل به حالت بیضوی تا مقدار بهینه‌ای از نسبت شعاع می‌باشد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Numerical investigation of nozzle cross-sectional shape effect on flow field structure

نویسندگان [English]

  • Seyed Sepehr Mostafaee 1
  • Fariborz Rashidi 2
1 chemical engineering department,, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
2 School of Chemical Engineering, Amirkabir University of Technology, Tehran, Iran
چکیده [English]

The purpose of this research was to investigate the effect of nozzle cross-sectional shape on its flow field structure using numerical simulation and computational fluid dynamics method. Six different types of nozzles including circular, square, rectangular and three different elliptical nozzles with equal cross-sectional area were plotted using Ansys workbench software and the problem was solved using Ansys Fluent software, validation study was conducted using Torngren experimental data. In order to compare the performance of nozzles, the velocity field contours and velocity amounts at throats and exits as well as turbulence kinetic energy contours were provided. According to the results it can be concluded that the performance of the square nozzle is better than others considering the amount of velocity and the distribution of the kinetic energy at the exit. Also the circular nozzle would have better performance by changing to the elliptical shape with an optimum radius ratio.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Convergnt-Divergent Nozzle
  • Thrust force
  • Kinetic energy
  • Computational fluid dynamic
  • Energy Conversion
[1]  Narayana, K. P. S. S., and K. Sadhashiva Reddy. "Simulation of convergent divergent rocket nozzle using CFD analysis." IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering 13.4, 2016,  pp.58-65.
[2]  Karna S. Patel,” Flow Analysis and Optimization of Supersonic Rocket Engine Nozzle at Various Divergent Angle using Computational Fluid Dynamics”, IOSR-JMCE, vol. 11, 2014, issue 6, pp. 01-10.
[3] H.K.Versteeg and W.Malala Sekhara, “An introduction to Computational fluid Dynamics”, British Library cataloguing pub, 4th edition, 1996.
[4]   Guderley, K. G., and E. Hantsch. "Best Shapes for Axisymmetric Supersonic Jet Nozzles." Z. Flugwiss 3, 1955, pp. 305-313.
[5]   Rao, G. V. R. "Exhaust nozzle contour for optimum thrust." Journal of Jet Propulsion 28.6, 1958, pp. 377-382.
[6]   Cai,Guobiao, et al. "Performance prediction and optimization for liquid rocket engine nozzle." Aerospace Science   and Technology 11.2-3 ,2007, pp. 155-162.
[7]   Jéger, Csaba, and Árpád Veress. "Novell Application of CFD for Rocket Engine Nozzle Optimization." Periodica Polytechnica Transportation Engineering 47, no. 2 ,2019, pp. 131-135.
[8]  Torngren, L. "Correlation between outer flow and internal nozzle pressure fluctuations." Fourth Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles. Vol. 487 ,2002, p.415.