آمار

تعداد نشریات36
تعداد شماره‌ها1,192
تعداد مقالات8,579
تعداد مشاهده مقاله6,989,872
تعداد دریافت فایل اصل مقاله4,033,372
سلیمی, محمدرضا. (1399). مطالعه عددی تاثیر اندازه ذرات و طول بستر کاتالیستی بر نیروی پیشران و ضربه ویژه یک رانشگر تک‌پیشرانه. پدافند الکترونیکی و سایبری, 16(1), 53-66.
محمدرضا سلیمی. "مطالعه عددی تاثیر اندازه ذرات و طول بستر کاتالیستی بر نیروی پیشران و ضربه ویژه یک رانشگر تک‌پیشرانه". پدافند الکترونیکی و سایبری, 16, 1, 1399, 53-66.
سلیمی, محمدرضا. (1399). 'مطالعه عددی تاثیر اندازه ذرات و طول بستر کاتالیستی بر نیروی پیشران و ضربه ویژه یک رانشگر تک‌پیشرانه', پدافند الکترونیکی و سایبری, 16(1), pp. 53-66.
سلیمی, محمدرضا. مطالعه عددی تاثیر اندازه ذرات و طول بستر کاتالیستی بر نیروی پیشران و ضربه ویژه یک رانشگر تک‌پیشرانه. پدافند الکترونیکی و سایبری, 1399; 16(1): 53-66.

مطالعه عددی تاثیر اندازه ذرات و طول بستر کاتالیستی بر نیروی پیشران و ضربه ویژه یک رانشگر تک‌پیشرانه

مکانیک هوافضا
مقاله 5، دوره 16، شماره 1 - شماره پیاپی 59، فروردین 1399، صفحه 53-66    اصل مقاله (662.37 K)
نوع مقاله: گرایش پیشرانش و انتقال حرارت
نویسنده
محمدرضا سلیمی*
شریف
تاریخ دریافت: 10 دی 1397،  تاریخ بازنگری: 23 بهمن 1397،  تاریخ پذیرش: 12 آذر 1398 
چکیده
رانش‏گرهای تک‏پیشرانه با توجه به سادگی ساختمان و قابلیت اطمینان بالایی که دارند،  به‏طور گسترده در ماهواره­ها مورد استفاده قرار   می­گیرند. یک رانشگر تک‏پیشرانه از سه بخش انژکتور، محفظه تجزیه و نازل تشکیل شده است. پیشرانه از طریق انژکتور روی بستر کاتالیستی متشکل از  ذرات کاتالیست پاشیده شده و بلافاصله تجزیه می­شود. گاز ناشی از تجزیه پیشرانه در نازل شتاب گرفته و نیروی پیشران تولید می­کند. در این تحقیق، یک رانشگر  تک‏پیشرانه هیدرازینی با بستر کاتالیستی از جنس فلز فعال ایریدیم به‏صورت عددی تحلیل می­شود. معادلات حاکم بر انتقال جرم و حرارت داخل بستر کاتالیستی به صورت یک‏بعدی مدل‏سازی می­شوند. لازم به‏ذکر است که به دلیل عدم وجود تعادل شیمیایی و ترمودینامیکی بین دو فاز، معادلات انتقال جرم و حرارت جداگانه­ای مطابق تحقیق شنکار و همکارانش برای فازهای جامد و گاز نوشته شده است. همچنین، برای محاسبه نیروی پیشران و ضربه ویژه مجموعه رانشگر، نازل همگرا-واگرا  به‏صورت صفربعدی تحلیل   می­شود. با استفاده از این روش،  تاثیر قطر  ذرات بستر کاتالیستی و طول محفظه تجزیه به­عنوان دو فاکتور مهم روی عملکرد یک رانشگر نمونه بررسی می­شود. نتایج حاصل نشان می­دهند که با کاهش قطر  ذرات تشکیل­ دهنده بستر کاتالیستی،  طول بهینه محفظه تجزیه کاهش یافته و ضربه ویژه بیشینه تا حدودی افزایش می­یابد.
کلیدواژه‌ها
رانشگر تک‏پیشرانه؛ تجزیه کاتالیستی؛ عدم تعادل ترمودینامیکی و شیمیایی؛ قطر ذرات کاتالیست؛ طول محفظه تجزیه
عنوان مقاله [English]
Numerical Study of Catalyst Bed Length and Particle Size Effect on the Monopropellant Thruster Specific Impulse and Thrust
نویسندگان [English]
mohamadreza salimi
sharif
چکیده [English]
Monopropellant thrusters are very popular in satellite propulsion systems due to their simplicity and reliability. A monopropellant thruster commonly consists of three major components: injector, decomposition chamber and nozzle. Fuel is injected over catalyst bed through an injector and decomposed there instantaneously. The resulting hot gases are expanded through the nozzle section and produce thrust. In this study a Hydrazine monopropellant thruster with Iridium based catalyst bed is analyzed numerically. To this end, one dimensional heat and mass transfer equations are simulated numerically inside the catalyst bed. Since, decomposed gases are not in thermal and chemical equilibrium with catalyst solid particles, two sets of equations are solved for solid and fluid phases (based on the Shankar et al. research). Additionally, a zero-dimension analysis is performed for convergence-divergence nozzle to compute thrust and specific impulse. Using this method, effects of particles size and decomposition chamber length on thruster performance are investigated. The related results indicate that, decreasing the catalyst particles, decreases optimum decomposition chamber length and increases specific impulse.          
کلیدواژه‌ها [English]
Monopropellant Thrusters, Catalytic Decomposition, Thermal and Chemical Non-equilibrium, Catalyst particles Size, Decomposition Chamber Length
مراجع
  1. Davis, N. S., and Keefe, J. H. “Concentrated Hydrogen Peroxide as a Propellant”, Ind. Eng. Chem. Vol. 48, No. 4, 745–748, 1956.##
  2. Plumlee, D., Steciak, J., and Moll, A. “Development and Simulation of an Embedded Hydrogen Peroxide Catalyst Chamber in Low-Temperature Co-Fired Ceramics”, Int. J. Appl. Ceram. Technol. Vol. 4, No. 5, 406–414, 2007.##
  3. Krejci, D., Woschnak, A., Scharlemann, C., and Ponweiser, K. “Structural Impact of Honeycomb Catalysts on Hydrogen Peroxide Decomposition for Micro Propulsion”, Chem. Eng. Res. Des., Vol. 90, No. 12, pp. 2302–2315, 2012.##
  4. Amri, R., Gibbon, D., Rezougc, T. “The Design, Development and Test of One Newton Hydrogen Peroxide Monopropellant Thruster”, Aerosp. Sci. Technol., Vol. 25, No. 1, pp. 266–272, 2013.##
  5. An, S.Y., Jo, S., Wee, J., and Hosung Yoon, H. “Preliminary Flight Test of Hydrogen Peroxide Retro-Propulsion Module”, Acta Astronaut., Vol. 67, No. 5-6, pp. 605–612, 2010.##
  6. Hou, B., Wang, X., Li, T., and Zhang, T. “Steady- in Packed Bed”, AIChE Journal, Vol. 61, No. 3, State Behavior of Liquid Fuel Hydrazine Decomposition, pp. 1064-1080, 2015.##
  7. Hwang, CH., Baek, SW., and Cho, SJ. “Experimental Investigation of Decomposition and Evaporation Characteristics of HAN-Based Monopropellants”, Combust. Flame, Vol. 161, No . 4,  pp. 1109–1116, 2014.##
  8. Amrousse, R., Katsumi, T., Niboshi, Y., Azuma, N., Bachar, A., and Hori, K. “Performance and Deactivation of Ir-Based Catalyst During Hydroxyl Ammonium Nitrate Catalytic Decomposition”, Applied Catalysis A: General, Vol. 452, pp. 64–68, 2013.##
  9. Courtheoux, L., Amariei, D., Sylvie Rossignol, S., and Kappenstein, C., “Thermal and Catalytic Decomposition of HNF and HAN Liquid Ionic as Propellants”, Applied Catalysis B: Environmental, Vol. 62, No. 3,  pp. 217–225, 2006.##
  10. Gohardani, A. S., Stanojev, J., Demaire, A., Anflo, K., Persson, M., Wingborg, N., and Nilsson, C. “Green Space Propulsion: Opportunities and Prospects”, Progress in Aerospace Sciences, Vol. 71, No. 3, pp. 128-149, 2014.##
  11. Birbara, P. J., and Conn, W. L. “Catalyst for Hydrazine Decomposition and the Method of Producing the Catalyst”, US Patent 4324819, 1980.##
  12. Soares Netoa, T. G., Cobob, A. J. G., and Cruz, G. M. “Evolution of Morphologic Properties on the Preparation of Ir/Al2O3 Catalysts with High Metallic Contents”, Applied Surface Science, Vol. 240, Nos. 1-4, pp. 355–365, 2005.##
  13. Armstrong, W. E., Ryland, L. B., and Voge, H. H. “Catalyst for Hydrazine Decomposition and Method for Preparing Such Catalyst”, US Patent 4124538, 1978.##
  14. Chen, X., Zhang, T., Xia, L., Zheng, M., Wu, Z., Wang, X., Wei, Z., Xin, Q., and Li, C.  “Catalytic Decomposition of Hydrazine over Supported Molybdenum Nitride Catalysts in a Monopropellant Thruster”, Catalysis Letters, Vol. 79, No. 2, pp. 21–25, 2002.##
  15. Chen, X., Zhang, T., Ying, P., Zheng, M., Wu, W., Xia, L., Li, T., Wang, X., and Li, C. “A Novel Catalyst for Hydrazine Decomposition: Molybdenum Carbide Supported on γ-Al2O3”, Chem. Commun., Vol. 288, No. 3, pp.288-289. 2002.##
  16. Rodrigues, J. A. J., Cruz, G. M., Bugli, G., Boudart, M., and Djéga-Mariadassou, G. “Nitride and Carbide of Molybdenum and Tungsten as Substitutes of Iridium for the Catalysts used for Space Communication”, Catalysis Letters, Vol. 45, No. 1,  pp. 1–3, 1997.##
  17. Santos, J. B. O., Valença, G. P., and Rodrigues, J. A. J. “Catalytic Decomposition of Hydrazine on Tungsten Carbide: The Influence of Adsorbed Oxygen”, Journal of Catalysis, Vol. 210, No. 1, pp. 1-6, 2002.##
  18. Zheng, M., Chen, X., Cheng, R., Li, N., Sun, J., Wang, X., and Zhang, T. “Catalytic Decomposition of Hydrazine on Iron Nitride Catalysts, Catalysis Communications”, Vol. 7, No. 3,  pp. 187–191, 2006.##
  19. Han, D. I., Han, C. Y., Shin, H. D. “Empirical and Computational Performance Prediction for Monopropellant Hydrazine Thruster Employed for Satellite”, Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 46, 2009.##
  20. Kersten, A. S. “Analytical Study of Catalystic Reactors for Hydrazine Decomposition, Part 1. Steady State Behavior”, NASA Contract NAS, pp.7-458, 1966.##
  21. Kersten, A. S., “Analytical Study of Catalystic Reactors for Hydrazine Decomposition, Part II. Steady Transient Behavior”, NASA Contract NAS 7-458, 1966.##
  22. Kersten, A. S., “Analytical and Experimental Studies of the Transient Behaviour of Catalytic Reactor for Hydrazine Decomposition”, UARL Contract NAS 7-458, 1967.##
  23. Shankar, V., Anantha Ram, A.K., and Bhaskaran, K. A. “Prediction of the Concentration of Hydrazine Decomposition Products Along a Granular Catalystic Bed”,  Acta Astronautica, Vol. 11, No. 1, pp. 287-299, 1984.##
  24. Makled A. E., Belalm H. “Modeling of Hydrazine Decomposition for Monopropellant Thrusters”, 13th International Conference on Aerospace Sciences & Aviation Technology, ASAT- 13, Egypt, May 26 – 28, 2009.##
  25. Hwang C. H., Lee S. N., Baek S. W., Han C. Y., Kim S. K., Yu M. J. “Effects of Catalyst Bed Failure on Thermo Chemical Phenomena for a Hydrazine Monopropellant Thruster Using Ir/Al2O3 Catalysts”, Ind. Eng. Chem. Res., Vol. 51, No. 2, pp. 5382–5393, 2012.##
  26. Pasini, A., Torre, L., Romeo, L., Cervone, A., d’Agostino, L. “Reduced-Order Model for H2O2 Catalytic Reactor Performance Analysis”, Journal of Propulsion and Power, Vol. 26, No. 3, pp. 446-453, 2010.##
  27. Jung, S., Choi, S., Kwon, S. “Design Optimization of Green Monopropellant Thruster Catalyst Beds Using Catalytic Decomposition Modeling”, 53rd AIAA/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference, Atlanta, GA, 10-12 July. 2017.##
  28.  Hou, B., Wang, X., Li, T., and Zhang, T. “Steady-State Behavior of Liquid Fuel Hydrazine Decomposition in Packed Bed”, AIChE Journal, Vol. 61, No. 3, pp.1064-1080., 2014.##
  29. Zhang, T., Li, G., Yu, Y., Chen, J., and Wang, M. “Effects of Catalytic Bed Thermal Characteristics on Liquid Monopropellant Decomposition and Combustion Characteristics within an Eco-Friendly Thruster Based on Ammonium Dinitramide”, Combustion Science and Technology,  Vol. 188, No. 6, pp.910-923. 2016.##
  30. Macdonald, I. F., El-Sayed M. S., Mow, K.; Dullien F. A. “Flow Through Porous Media-the Ergun Equation Revisited”, Ind. Eng. Chem. Fundam., Vol. 18, No. 2,  pp. 199−208, 1979.##
آمار
تعداد مشاهده مقاله: 254
تعداد دریافت فایل اصل مقاله: 239