مطالعه عددی دینامیک فرایند اختلاط گذربحرانی در انژکتورهای هم محور برشی

یک پژوهش عددی، به منظور شناسایی و ارزیابی مشخصه های پاشش و اختلاط کرایوژنیکی یک انژکتور هم محور برشی واقعی، در شرایط گذربحرانی انجام شده است. بدین منظور، از مدل زیرشبکه ای گردابه-لزجتی دینامیکی (برای شبیه سازی گردابه های بزرگ)، معادله حالت پنگ-رابینسون (برای محاسبه خواص ترمودینامیکی)، پایگاه داده NIST (برای تخمین خواص انتقالی سیال کرایوژنیکی) و الگوریتم PISO (برای کوپلینگ سرعت و فشار در حلگر جریان) برای تحلیل ویژگی های متعدد جریان برشی هم محور آشفته در شرایط گذربحرانی استفاده شده است. همچنین، از نتایج مطالعات تجربی و عددی پیشین برای اعتبارسنجی نتایج عددی پژوهش حاضر استفاده شده که تطابق خوبی بین این نتایج مشاهده می شود. در این پژوهش، ضمن آنکه برای نخستین بار دینامیک فرایند اختلاط در یک انژکتور هم محور برشی واقعی در شرایط گذربحرانی بررسی شده است، با تحلیل کمی و کیفی میدان جریان ورتیکال، فرایند اختلاط بررسی شده است. نتایج این مطالعه نشان می دهد که به علت اثرات قابل توجه پدیده های شبه جوشش و لایه بندی چگالی در ممانعت از رشد پایدار لایه اختلاطی مربوط به جت گذربحرانی، هسته پتانسیلی جت چگال داخلی بسیار بزرگ تر از هسته پتانسیلی جت خارجی است. با وجود این، به لطف حساسیت بسیار زیاد ظرفیت گرمایی ویژه به تغییرات دما (در حوالی دمای شبه جوشش)، نوسانات ناچیز دما قادر به کاهش شدید مقادیر ظرفیت گرمایی ویژه و درنتیجه شکست موضعی لایه محافظ حرارتی می شود که به نوبه خود امکان عملکرد موثر سازوکارهای مولد ورتیسیته و درنتیجه بهبود کیفیت فرایند اختلاط را به وجود می آورد.