Hidrojen yakıtlı scramjet motorlarda yanma odası analizi

Abstract

Scramjetlerde yanma odasına giren havanın yüksek hızda olması, yakıt olarak yüksek entalpiye sahip hidrojen kullanılması, yanmanın kısa sürede yüksek Mach sayılarında (Ma>5) olması, daha yüksek yanma verimi, çıkış hızı ve itki kuvveti sağlanması, araştırmaların da bu dalda yoğunlaşmasına yol açmıştır. Bu nedenle, soba borusu jetolarak da adlandırılan scramjet motorları özellikle savunma sanayiinde geniş bir kullanım alanına sahiptir. Bu çalışmada HyShot II ve HIFIRE scramjet modelleri nümerik olarak incelenmiştir. HyShot II ve HIFIRE scramjet motorlarında Ma=6, 7, 7,4, 8 ve 10,4 değerlerinde yanmaodası giriş havasının içerisine Ma=2 değerinde hidrojen püskürtülerek yanma odası analizi ANSYS FLUENT yazılımı, SST k-w türbülans modeli kullanılarak nümerik olarak incelenmiştir. Yapılan nümerik hesaplamalar sonucunda, giriş Ma=6, 7, 7,4, 8 ve 10,4 değerlerinde yanma odasına gelen havanın yanma sonrası çıkış Mach sayısı sırası ile HyShot IIscramjet motorunda 2,85, 8,4, 9,60, 10,1, 18,2 ve HIFIRE scramjet motorunda 3,08, 8,91,10,9, 10,5, 13,1 olduğu bulunmuştur. Diğer bir deyişle, giriş Mach sayısının artması, yanma odasında yanma veriminin arttırmakta ve daha yüksek çıkış Mach sayısı ve itki elde edilmektedir. Ayrıca HIFIRE scramjet modelinde, HyShot II scramjet modeline göre çıkış değerlerinde daha yüksek sıcaklık, hız, Mach sayısı ve itki elde edilmiştir. Yapılan incelemeler sonucunda, hidrojenin hava içerisine püskürtüldüğü yakıt enjektörünün çapı ve konumundan dolayı HIFIRE scramjet modelinde, HyShot II scramjet modelinden daha yüksek sıcaklık, hız, Mach sayısı ve itki elde edildiği tespit edilmiştir.The high air and fuel inlet velocities and supersonic combustion at Mach numbers biggerthan 5 in scramjets provide higher efficiency and thrust, that leads to pioneering anddetailed investigations in this field. Scramjet engines, also called stovepipe jets, have awide area of use, especially in the defense industry.In this study, HyShot II and HIFIRE scramjet models were numerically investigated.Combustion chamber analysis in HyShot II and HIFIRE scramjet engines by sprayinghydrogen at Ma=2 value into the combustion chamber inlet air at Ma=6,7, 7,4, 8 and 10,4values was analyzed numarically using ANSYS FLUENT software, SST k-w turbulencemodel.As a result of the numerical calculation, the combustion output velocity of the air at theinlet Ma=6,7, 7,4, 8 and 10,4 values was found to be 2,85, 8,4, 9,60, 10,1, 18,2 in theHyShot II scramjet engine and 3,08, 8,91, 10,9, 10,5, 13,1 in the HIFIRE scramjet engine,respectively. In another word, the higher inlet Mach numbers gave rise to biggercombustion efficiency, output Mach numbers and thrust as well.It was also found out that the HIFIRE scramjet model resulted in higher exit tempratures,velocities, Mach numbers and thrust than the HyShot II scramjet model, that might beattributed to the diameter and the location of the fuel injector.