به نام پروردگار يکتا

دانشکده مهندسي انرژي و فناوريهاي نوين دپارتمان مهندسي فضايي   عنوان پايان نامه شبيه سازي تاثير ميدان مگنتوهيدروديناميک بر محصولات احتراق تراسترهاي شيميايي    نگارش محمود دهقاني استاد راهنما دکتر عليرضا طلوعي دکتر بابک شکري استاد مشاور دکتر محمدمهدي دوستدار ارديبهشت 89

فهرست مقدمه مفاهيم اوليه مدل سازي رياضي شبيه سازي نتايج نتيجه‎گيري پيشنهادات

مقدمه تاريخچه رابرت گادارد در سال 1906 تحقيق در زمينه تخليه و شارژ حلقه براي حرکت الکترون را شروع کرد و در سال 1916 گزارش مربوط به تحقيقات خود را ارئه نمود. هرمن آبرس در کتاب Possibilities of Space Flight به بررسي سيستم پيشرانش الکتريکي پرداخت (سال 1929) ايده‌ پيشرانش الکتريکي توسط وارنرفن براون در دهه 1930 شکل گرفت. در سال 1954 اولين پيشنهادات مربوط به استفاده از سيستم پيشرانش الکتريکي در فضاپيما ها توسط استهلينگر ارائه شد.

تست آزمايشگاهي با تزريق جريان شيميايي مروري بر روند توسعه 1906 1997 1930 1954 1999 1916 2001 2010 تحقيقات اوليه ايده پيشرانش الکتريکي بکارگيري در ماهواره تست آزمايشگاهي با تزريق جريان شيميايي تست با مدل واقعي در سال 1970 ناسا ، اولين پيشرانش يوني را در ماهواره SERT II استفاده نمود. در اواخر 1990 ، پروژه شروع شد و اولين تست پروازي موفقيت آميز در مارس 2004 انجام شد. در سال 2002، مرکز تحقيقات موشک ماهواره‌بر آرين

مروري بر روند توسعه فعاليت انجام شده در کشور طراحي و ساخت موتور پلاسما در پژوهشکده ليزر و پلاسما دانشگاه شهيد بهشتي توسط بابک شکري طراحي موتور پلاسما در مرکز تحقيقات پلاسما و ليزر ايران توسط منوچهر چگيني فعاليت در زمينه توليد پلاسما دما پايين، چگال ودما بالا درگروه تحقيقاتي فيزيك پلاسما دانشگاه تبريز انجام شبيه سازي عددي جريان پلاسما و يونيزه درون مجاري در دانشگاه شهيد بهشتي، دانشگاه شريف، دانشگاه تبريز و ...

مفاهيم اوليه تعريف مسئله احتراق : LOX-LOH (اکسيژن و کروسين) ميدان : 1 تسلا فشار سکون: 200000 پاسکال دماي سکون: 3850 کلوين (2580) فشار استاتيک: 101325 پاسکال فرضيات: گاز کامل کالريک مدل دو بعدي شبه متقارن مکانیزم احتراق 7 ذره ای دماي پلاسما 5000 کلوين همگير کردن سرعت و شتاب از نوع Coupled معادله اغتشاش شماتيک نازل و ميدان

مفاهيم اوليه - مشخصه ميدان مغناطيسي: - پارامترهاي اغتشاش: انرژي اغتشاشي پراکندگي اغتشاشي - جريان مگنتوهيدروديناميک

جت متقارن ايده‎آل در ماخ 3/1 جت متقارن توسط هشت محرک پلاسما در ماخ 3/1 مفاهيم اوليه جريان مگنتوگازديناميک: مگنتو گاز ديناميک (مگنتوهيدروديناميک يا مگنتو‌فلويدمکانيک) بطور گسترده بوسيله هوگس و يانگ در مقاله اي تحت عنوان “مطالعه جريان سيال با قابليت هدايت الکتريکي تحت ميدان مغناطيسي با فرضيات مشخص” مورد مطالعه قرار گرفت. جت متقارن ايده‎آل در ماخ 3/1 جت متقارن توسط هشت محرک پلاسما در ماخ 3/1

مدل سازي رياضي روابط تئوريک ترکيب ساده معادلات ماکسول براي الکترومغناطيس و معادلات ناويراستوکس براي جريان سيال هدايت الکتريکي سيال بوسيله نيروي برداري لورنز ترم فعل و انفعالي انرژي

شبيه سازي مراحل شبيه سازي تعريف مسئله آغاز تزريق پلاسما و تکرار شبيه سازي مدل سازي معادلات حاکم مقايسه نتايج بدست آمده با نتايج تجربي اعلام شده آغاز شبيه سازي توسط نرم افزار گمبيت و فلوئنت اعمال ميدان MHD و تکرار شبيه سازي شبيه سازي مدل احتراق و مقايسه با نتايج موجود تحليل نتايج و رسم گراف خير دقت شبيه سازي مطلوب نتيجه گيري بله

شبيه سازي شبيه سازي میدان : کونسول نرم افزار فلوئنت 12.1 ماژول فلوئنت برای اعمال میدان پدیده تداخل هیدرودینامیک مغناطیسی با جریان سیال ترم اضافه شده به دليل القاء مغناطيسي به معادلات ممنتوم جريان و معادلات انرژي به عنوان ترم‌هاي مرجع تعريف شده در شبيه سازي به عنوان ورودي لحاظ شده و توابع ذیل به منظور اعمال نیروی لورنز به ممنتوم و گرمایش ژول به انرژی تعریف می‎گردد.

شبيه سازي اعتبار سنجي شبيه سازي: فشار دما پارامترهاي عملکردي: - - پارامترهاي عملکردي: - - سرعت خروجي

تزريق 3 گرم بر ثانيه پلاسما شبيه سازي احتراق اکسيژن-کروسين: استاندارد تزريق 3 گرم بر ثانيه پلاسما اعمال هيدروديناميک مغناطيسي

شبيه سازي تاخير شوک اتفاق افتاده در نازل

شبيه سازي احتراق اکسيژن-هيدروژن:

شبيه سازي مقايسه تزريق 3 گرم و 6 گرم بر ثانيه پلاسما:

شبيه سازي اعمال هيدروديناميک مغناطيسي: تزريق 3 گرم بر ثانيه تزريق 6 گرم بر ثانيه

شبيه سازي سرعت (متر بر ثانيه) دما (کلوين) فشار (psi) حالت 2285 1251 7592 اکسيژن – کروسين 1250 7590 میدان 1 تسلا بدون تزریق 2448 1323 7549 3 گرم 2434 1318 7530 6 گرم 2427 1316 7520 9 گرم 2447 3 گرم و ميدان 1 تسلا 6 گرم و ميدان 1 تسلا 2545 1305 7407 9 گرم و ميدان 1 تسلا 2541 1626 7620 اکسيژن – هيدروژن 2730 7618 میدان 1 تسلا بدون تزریق 2178 1423 6807 3 گرم 3110 1425 6824 6 و 9 گرم 3112 3 گرم و ميدان 1 تسلا 6 گرم و ميدان 1 تسلا 3108 1426 6833 9 گرم و ميدان 1 تسلا

چرا سرعت خروجي افزايش يافته است؟ نتايج تحليل نتايج: افزايش دماي محفظه و نيروي لورنز چرا سرعت خروجي افزايش يافته است؟ No MHD MHD

هيستوگرام جریان پایدار نتايج تاثير بر پايداري: روش بررسی پایداری جریان سیال انرژي و پراکندگي کنترل جريان هيستوگرام جریان پایدار هيستوگرام نازل فاقد ميدان

نتايج بررسی نقش کنترلی در احتراق اکسیژن-کروسین

نتايج احتراق اکسيژن و کروسين 3 گرم بر ثانيه پلاسما بهمراه ميدان 9 گرم بر ثانيه پلاسما بهمراه ميدان 6 گرم بر ثانيه پلاسما بهمراه ميدان

نتايج بررسی نقش کنترلی در احتراق اکسیژن-هیدروژن

نتايج احتراق اکسيژن و هيدروژن 3 گرم بر ثانيه پلاسما بهمراه ميدان 9 گرم بر ثانيه پلاسما بهمراه ميدان 6 گرم بر ثانيه پلاسما بهمراه ميدان

نتيجه‎گيري افزايش 10 الي 15 درصدي راندمان خروجي سيستم کاهش 30 الي 35 درصدي اغتشاشات سيال در طول نازل تاثيري گذاري مثبت بر جريان (کنترل کننده اغتشاش)

پيشنهادات براي ادامه کار - بطور مستقل تاثير ايجاد پلاسما در دهانه مجاري ورودي موتورهاي هوا تنفسي با هدف بررسي عملکرد شوک در دهانه ورودي براي وسايل مافوق صوت مورد بررسي قرار گيرد. - تاثير توليد پلاسما در مجراي عبوري کناري بر ميزان پساي سيال عبوري مورد تحليل واقع گردد. - بررسي تاثير هيدروديناميک مغناطيسی بر پايدار کردن احتراق‌هاي ناپايدار

باتشکّر هرمان ابرت: ملتي كه نياز  فرداي خود را درك نكند فردايي هم نخواهد داشت