Basınç Girdaplı Bir Püskürteçte Damlacık Boyut Dağılımı Ve Hava Çekirdeği Kararsızlığının İncelenmesi

Abstract

Basınç girdaplı enjektörler sıvı yakıtlı roket motorlarında yakıt ve oksitleyicinin itki odasına püskürtülmesi için kullanılır. Bu çalışmada basınçlı girdap tipi püskürteç içindeki akış hesaplamalı akışkanlar dinamiği kullanılarak incelenmiştir. Zamana bağlı benzetimler iki fazlı laminer sıkıştırılamaz akış kabulü altında Sıvının Hacmi (VOF) metodu, iki boyutlu girdaplı eksenel simetrik çözüm ağı kullanılarak yapılmıştır. İncelenen geometri için püskürtecin basınç düşüşü 5.3 g/s için 8 bar ve yarım koni açısı 28 derece olarak bulunmuştur. Elde edilen sayısal sonuçlar işlenerek spreyin Sauter ortalama çapı 74 m olarak elde edilmiştir. Girdap odasının duvar sınırlarına yakın bölgelerinde Taylor girdapları oluşmaktadır. Püskürteç içerisinde basınç ve hava çekirdeği çapı çalkantıları gözlenmektedir. Basınç çalkantılarının baskın modu 274 Hz civarında, hava çekirdeği çapı salınımlarının dominant modu ise 47 Hz civarındadır. Bu çalkantılar neticesinde spreyin koni açısı da modüle edilmektedir. Sayısal sonuçlar açık literatürdeki deneysel gözlemler ile uyumludur.

Pressure swirl atomizers are used in rocket engines with liquid propellants to spray fuel and oxidizer into the combustion chamber. In this study, flow inside the pressure swirl atomizer is investigated with computational fluid dynamics. Simulations are carried out using Volume of Fluid (VOF) method with axisymmetric boundary condition assuming flow is incompressible in two dimension. Pressure drop and half cone angle of investigated geometry found as 8 bars and 28 degrees for 5.3 g/s flow rate. Sauter Mean Diameter of the atomizer is calculated as 74.6 m. Formation of Taylor vortices are observed near the swirl chamber walls. After flow became fully developed, pressure inside swirl chamber and air core diameter fluctuated over time. Dominant mode of pressure and air core diameter change was found 274 Hz and 47 Hz, respectively. Numerical solutions are consistent with experimental observations in literature.