بررسی تأثیر رفتار رئولوژی پیشرانة ژل بر مشخصه‌های اتمیزاسیون انژکتور جریان پیچشی

نوع مقاله : علمی- ترویجی

نویسندگان

1 مهندسی شیمی، مجتمع شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

2 مهندسی شیمی، مجتمع شیمی و مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی مالک استر، تهران، ایران

3 مهندسی هوافضا، دانشکده هوافضا، دانشگاه صنعتی خواجه نصیر الدین طوسی، تهران، ایران

چکیده

پیشرانه­‌های ژل به علت برخورداری از مزایای هر دو پیشرانه­ جامد و مایع آیندة امید بخشی در کاربردهای هوافضایی دارند. پیشرانه­های ژل پیشرانه­‌های مایعی هستند که خواص رئولوژیکی آن­ها با افزودن ژل­‌کننده و برخی افزودنی‌­ها تغییر می­کند. خواص رئولوژیکی پیشرانه تأثیر زیادی بر فرآیند اتمیزاسیون آن دارد، بنابراین در این مقاله ضمن معرفی خواص رئولوژیکی پیشرانة­ ژل، به تأثیر خواص این پیشرانه بر اتمیزاسیون در انژکتور جریان پیچشی پرداخته شده و برخی نکات مهم جهت طراحی انژکتور جریان پیچشی، به منظور افزایش کیفیت اتمیزاسیون پیشرانة ژلی ارائه شده است. نتایج حاصل از بررسی­‌ها نشان دادند که بالا بودن ویسکوزیتة اولیة پیشرانة ژل نسبت به پیشرانة مایع مادر موجب افزایش ضریب تخلیه، اندازه قطر قطرات و طول شکست صفحات ژل و کاهش زاویة پاشش در انژکتور جریان پیچشی می­‌شود و از نظر میزان اثرگذاری بر عملکرد سیستم پیشرانش ژل اندازة قطر قطرات از اهمیت بیشتری برخوردار است. همچنین، با توجه به خاصیت نازک‌شوندگی برشی پیشرانة ژل و امکان اتمیزاسیون پیشرانة ژل با انژکتور جریان پیچشی، به منظور بهبود اتمیزاسیون پیشرانة ژل، طراحی انژکتور جریان پیچشی باید به­‌گونه‌­ای باشد که نرخ برش بیشتری به پیشرانة ژل جهت کاهش ویسکوزیته اولیه آن اعمال کند. ‌‌

کلیدواژه‌ها

موضوعات


  • National Research Council, Board on Army Science, Strategic Technologies for the Army of the Twenty-First Century, National Academies,1993.
  • [2] Yang, L., Fu, Q., Qu, Y., Zhang, W., Du, M., and Xu, B., “Spray Characteristics of Gelled Propellants in Swirl Injectors”, Fuel, Vol. 97, No.1, pp. 253-261, 2012.
  • [3] Sutton, G.P. and Biblarz, O., Rocket Propulsion Elements, 8rd Ed, John Wiley & Sons, 2016.
  • Mozafari, M., Saberi Moghadam, A., Sheikhi Narani, M., and Adelinasab, M. “Gelled Propellant and Its Behavior in a Propulsion System”, Research and Development of Energetic Materials, Vol. 7, No. 3, pp. 55-62, 2011 (In Persian).
  • Ghobadi, N., Saberi Moghadam, A., Sheikhi Narani, M., and Shafighzade, H. “Preparation of UDMH Gel Fuel Containing Aluminum Nano Particles and Study of its Rheological Properties”, Energetic Materials, Vol. 6, No.3, pp. 55-62, 2011 (In Persian).
  • Glassman, I. and Sawyer, R.F., The Performance of Chemical Propellants, Technivision Services, England, 1970.
  • Hodge, K., Crofoot, T., and Nelson, S., “Gelled Propellants for Tactical Missile Applications”, 35th Joint Propulsion Conference and Exhibit, Los Angeles, USA, 1999.
  • Hajilari, N. and Saberi Moghadam, A., “Gelled Propellant”, Research and Development of Energetic Materials, Vol. 4, No. 1, pp. 14-23, 2008 (In Persian).
  • Rezaee, M. and Saberi Moghadam, “Theoretical and Experimental Study of Transfer Phenomena in the Combustion Chamber of the Gel Propulsion System”, D. Dissertaion, School of Chemistry and Chemical Engineering, Malek Ashtar University of Technology, 2019 (In Persian).
  • Mozafari, M., Saberi Moghadam, A., Sheikhi Narani, M., and Adelinasab, M. “Gelled Propellant and Its Behavior in a Propulsion System”, Energetic Materials, Vol. 7, No. 3, pp. 55-62, 2011 (In Persian).
  • Kang, Z., Wang, Z.-g., Li, Q., and Cheng, P., “Review on Pressure Swirl Injector in Liquid Rocket Engine”, Acta Astronautica, Vol. 145, pp. 174-198, 2018.
  • Yoon, C., Heister, S., Xia, G., and Merkle, C., “Simulation of Injection of Shear-Thinning Gel Propellants Through Plain-orifice Atomizer”, 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Nashville, USA, 2010.
  • Ashgriz, N., Handbook of Atomization and Sprays: Theory and Applications, Springer Science & Business Media, New York, USA, 2011.
  • Ommi, F., Engine and Space Propulsion, Besat, Tehran, Iran, 2011 (In Persian).
  • Amini, G., “Liquid Flow in a Simplex Swirl Nozzle”, International Journal of Multiphase Flow, Vol. 79, No. 1, pp. 225-235, 2016.
  • Hosseinalipour, S.M., Karimaei, H., and Ommi, F., “Experimental Analysis of the Spray Characteristics of a Swirl Injector”, Journal of Mechanical Engineering, Vol. 46, No. 4, pp. 75-69, 2017 (In Persian).
  • Hosseinalipour, S.M., Ghorbani, R., and Karimaei, H., “Effect of Liquid Sheet and Gas Streams Characteristics on the Instability of a Hollow Cone Spray Using an Improved Linear Instability Analysis”, Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering, Vol. 11, No. 1, pp. 24-33, 2016.
  • Madlener, K. and Ciezki, H., “Some Aspects of Rheological and Flow Characteristics of Gel Fuels with Regard to Propulsion Application”, 45th AIAA/ASME/SAE/ASEE, Denver, Colorado, USA, 2009.
  • Jyoti, B.V. and Baek, S.W., “Rheological Characterization of Ethanolamine Gel Propellants”, Journal of Energetic Materials, Vol. 34, No. 3, pp. 260-278, 2016.
  • Yang, L., Fu, Q., Zhang, W., Du, M., and Tong, M., “Atomization of Gelled Propellants from Swirl Injectors with Leaf Spring in Swirl Chamber”, Fuel, Vol. 21, No. 11, pp. 185-197, 2011.
  • White, F.M. and Corfield, I., Viscous fluid flow, McGraw-Hill, New York, USA, 2006.
  • Jyoti, B.V. and Baek, S.W., “Rheological Characterization of Metalized and NonMetalized Ethanol Gel Propellants”, Propellants, Explosives, Pyrotechnics, Vol. 39, pp. 866-873, 2014.
  • Fischer, G.A.A., Andrade, J.C.D. and Costa, F.D.S., “Spray Cone Angles by A Pressure Swirl Injector for Atomization of Gelled Ethanol”, 24th ABCM International Congress of Mechanical Engineering, Brazil, 2017.
  • Kim, H., Ko, T., Kim, S., and Yoon, W., “Spray Characteristics of Aluminized-Gel Fuels Sprayed Using Pressure-Swirl Atomizer”, Journal of Non-Newtonian Fluid Mechanics, Vol. 249, pp. 36-47, 2017.
  • Wimmer, E. and G. Brenn, “Viscous Flow Through the Swirl Chamber of a Pressure-swirl Atomizer”, International Journal of Multiphase Flow, Vol. 53, pp. 100-113, 2013.
  • Lefebvre, A.H. and McDonell, V.G., Atomization and Sprays, CRC Press, ‏Florida‏, USA, 2017.
  • Lee, I. and Koo, J. “Break-up Characteristics of Gelled Propellant Simulants with Various Gelling Agent Contents”, Journal of Thermal Science, Vol. 19, No. 6, pp. 545-552, 2010.
  • Londerville, S. and Baukal Jr, C.E., The Coen & Hamworthy Combustion Handbook: Fundamentals for Power, Marine & Industrial Applications, CRC Press, Florida‏, USA, 2013.
  • Mehrabi, A. and Ommi, F., “Satellite Adaptive Attitude Control Based on Decentralized Minimal Control in the Presence of Reaction Wheel Accurate Model”, Journal of Space Science and Technology, Vol. 9, No. 1, pp. 59-72, 2016 (In Persian).
  • Guan, H.-S., Li, G.-X., and Zhang, N.-Y., “Experimental Investigation of Atomization Characteristics of Swirling Spray by ADN Gelled Propellant”, Acta Astronautica, Vol. 144, pp. 119-125, 2018.
  • Yao, S., Zhang, J., and Fang, T., “Effect of Viscosities on Structure and Instability of Sprays from a Swirl Atomizer”, Experimental Thermal and Fluid Science, Vol. 39, pp. 158-166, 2012.
  • Tokita, M. and Nishinari, K., “Gels: Structures, Properties, and Functions”, Surface and Colloid Scienc, Vol. 129, pp. 95-104, 2004.
  • Streeter, V.L., Wylie, E.B., and Bedford, K.W., Fluid Mechanics, WCB, McGraw-Hill, New York, USA, 1998.
  • [34] Raju, V. and Rao, S.S., “Effect of Fuel Injection Pressure and Spray Cone Angle in DI Diesel Engine using Convergetm CFD Code”, Procedia Engineering, Vol. 127, pp. 295-300, 2015.
  • Bai, F., Chang, Q., Chen, S., Guo, J., Jiao, K., and Du, Q., “Experimental Investigation on the Spray Characteristics of Power-law Fluid in a Swirl Injector”, Fluid Dynamics Research, Vol. 49, p. 035508, 2017.