Gerçek akışkanların karıştırılması ve yanması için openfoam'da geliştirilmiş bir hal denkleminin uygulanması

Abstract

Roketlerin, gaz türbinlerinin ve dizel motorların yanma odası basıncının, yakıt ve oksitleyicilerin kritik basıncının üzerinde olduğu bilinmektedir. Sıvı roket motor- larında yakıt ve/veya oksitleyici kriyojenik sıcaklıklardadır. Bu süperkritik yanma oda basıncı ve kriyojenik itici gaz sıcaklığı, karıştırma ve yanmanın sayısal analizi için özel işlem gerektirir. Bu çalışmada, bu koşullar altında doğru ve verimli yanma simülasyonu için uygun termofiziksel modeller ile birlikte yeni bir hal denklemi uygu- lanarak yeni bir çözücü geliştirilmiştir. Yakıt ve oksitleyici davranışı gerçek akışkan yaklaşımı ile modellenmiştir. İyileştirilmiş bir hal denkleminin yeni uygulaması, yoğunlukların daha iyi tahmin edilmesini sağlamıştır. Bir ön işleme adımında alev tabloları oluşturularak yanmayı verimli bir şekilde analiz etmek için 'Sabit laminer alev modeli' seçilmiştir. Bu, 325 reaksiyonlar ve 53 türler ile ayrıntılı bir kimyasal kinetik mekanizması 'GRI 3.0'ın kullanılmasını sağlamıştır. Analiz metodolojimiz, sonuçları literatürden alınan referans sonuçlarla karşılaştırılarak doğrulanmıştır.The combustion chamber pressure of rockets, gas turbines and diesel engines is known to be above the critical pressure of fuel and oxidizers. The fuel and/or oxidizer in liquid rocket engines are at cryogenic temperatures. This supercritical combustion chamber pressure and cryogenic propellant temperature demands special treatment for numerical analysis of mixing and combustion. In this study a new solver has been developed by implementing a new equation of state along with suitable thermophysi- cal models for accurate and efficient simulation of combustion under such conditions. Fuel and oxidizer behavior has been modelled with the real fluid approach. The novel implementation of an improved equation of state has enabled better estimation of densities. 'Steady laminar flamelet model' has been chosen for efficiently analyzing combustion by generating flamelet tables in a pre-processing step. This enabled the use of a detailed chemical kinetics mechanism 'GRI 3.0' with 325 reactions and 53 species. Our analysis methodology has been validated by comparing its outcomes with reference results from literature.