Çift girişli boşaltmalı bir ramjet yanma odasında yanma kararsızlığının sayısal ve deneysel incelenmesi

Ramjet yanma odası performans parametrelerinden bir tanesi yanma odası basınç salınımlarıdır. Bu çalışma ile çift girişli boşaltmalı bir ramjet yanma odasında yanma kararsızlığı, sayısal ve deneysel olarak araştırılmıştır. Sayısal incelemeler kapsamında literatürde yer alan ve test verileri bulunan kare kesitli temsili bir ramjet yanma odası modeli kullanılmıştır. Deneysel incelemelerde ise bu modele benzer bir model tasarlanmış, üretilmiş ve benzer çalışma koşullarında test edilmiştir. Doğru bir sayısal inceleme yapılabilmesi amacıyla ayrıntılı kimyasal mekanizmalara dayalı alevcik (flamalet) modelleri ele alınmış, literatürde verilen test sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Kararlı Laminer Alevcikler (Steady Laminar Flamelet, SLF) modelinin stokiyometriye yakın mevcut çalışma koşullarında Çoklu Alevcikler Kümesi (Flamelet Generated Manifold, FGM) ile benzer ve test verileri ile uyumlu sonuçların elde edildiği gözlemlenmiş ve bu yanma modeli ile benzetimler gerçekleştirilmiştir. İki türbülans modelleme yaklaşımı ile benzetim gerçekleştirilmiştir. Doğruluk derecesi yeterli bir çözüm ağının kullanıldığından emin olmak için Richardson ekstrapolasyon yöntemi kullanılmıştır. Bunun için Steven Pope tarafından tanımlanan M indisi değerleri incelenmiştir. Ortalamalı değerler açısından çok benzer sonuçların hesaplandığı Büyük Burgaç Benzetimi (Large Eddy Simulation, LES) ve Gecikmeli Ayrılmış Burgaç Benzetimi (Delayed Detached Eddy Simulation, DDES) çözümlemeleri bu yönüyle test verileri ile uyumludur. Basınç salınımlarının frekans tabanlı incelemelerinde literatürde test verileri bulunan 1 kHz altı bölge ile benzetimlerin benzer frekanslarda salınımlar gösterdiği anlaşılmıştır. Bu salınımların boylamsal modlardan kaynaklandığı literatürde not edilmektedir. Daha yüksek frekanslarda ise LES'in teorik olarak yanal yönlü olduğu anlaşılan akustik salınım frekansıyla uyumlu güçlü modlar hesapladığı görülmüştür. Duvar kenarında Reynolds ortalamalı Navier-Stokes modelleri kullanan DDES yaklaşımının ise aynı modları sönümlenmiş olarak hesapladığı izlenmiştir. Dinamik Mod Ayrıştırması (Dynamic Mode Decomposition, DMD) kullanılarak yapılan incelemede yanma odası yanal yönlü akustik salınımlarının reaksiyonlar üzerinde zayıf etkileri olduğu, hava kanallarından kaynaklı yanal yönlü salınımların ise etkili olmadığı görülmüştür. Benzer bir test kalemi ile gerçekleştirilen testlerde yanma odasından yüksek frekans cevaplı basınç duyargası verileri ve yüksek hızlı OH* kimyasal ışıldama (chemiluminescence) görüntüleri toplanmıştır. Basınç duyargası ve kamera için 25 kHz ile veri alınmıştır. Frekans tabanında incelenen sonuçlar, 1 kHz altı kısım için literatürde yer alan ve benzetimi yapılan test kalemi sonuçları ile benzeşmektedir. Literatürde test verisi yer almayan 1 kHz üzeri bölgede ise yanal moddaki akustik salınım harmonikleri ile uyumlu tepeler görülmüştür. Benzetimlerden farklı olarak hava kanallarının yanal modlarının basınç duyargası ölçümlerinde zayıf olarak hissedildiği anlaşılmaktadır. Reaksiyon göstergesi OH* görüntüleri üzerinden yapılan incelemelerde boylamsal modların yanma odasının ön bölgesinde baskın olduğu, yanal modların ise akış yönünde ilerledikçe ortaya çıktığı anlaşılmıştır. Yapılan çalışma ile çift girişli ramjet yanma odalarında yanal yönlü akustik salınımların baskın bir karaktere sahip olduğu, yanma odası geometrisinden kaynaklı yanal yönlü modların reaksiyonlar üzerinde etkisi olduğu ancak hava kanalları kaynaklı yanal yönlü modların yanma üzerinde etkisi olmadığı gösterilmiştir.