Dikme ve boşluk tabanlı scramjet motorlarda yakıt enjeksiyon konumu ve açısının hava-yakıt karışım sürecine etkisinin sayısal analizi

Yüksek hızlı hava taşıtlarının geliştirilmesi, itki sistemlerinde önemli teknolojik ilerlemeleri zorunlu kılmıştır. Özellikle hipersonik hızlara ulaşabilen taşıtlar için geleneksel jet motorları yetersiz kalmış ve bu nedenle ramjet ve scramjet gibi hava solumalı motor sistemleri geliştirilmeye başlanmıştır. Hava solumalı motorlarda yanma veriminin iyileştirilmesi ve itki gücünün artırılmasına yönelik çalışmalarda dikme ve boşluk tabanlı tasarımlar öne çıkmaktadır. Bu tez çalışmasında ise, scramjet motorlarında kullanılan dikme ve boşluk tabanlı alev tutucu geometrilerinde yakıt enjeksiyonunun konumu ve açısının hava-yakıt karışımı üzerindeki etkileri sayısal yöntemlerle analiz edilmiştir. Parametrik analizler aracılığıyla, farklı püskürtme stratejilerinin karışım etkinliği ve yanma performansına katkıları detaylı olarak incelenmiştir. Çalışma kapsamında, boşluk tabanlı alev tutucularda dik, eğik ve taban yüzeylerden; dikme tabanlı konfigürasyonlarda ise dikme yüzeyinin üst, orta ve alt bölgelerinden olmak üzere farklı noktalardan yakıt enjeksiyonu gerçekleştirilmiş ve her noktada ±30°, ±60° ve 90° püskürtme açıları uygulanmıştır. Gerçekleştirilen analizlerde; hız vektörleri, akım çizgileri, basınç ve sıcaklık dağılımları ile su buharı konsantrasyonu konturları üzerinden akış ve yanma yapıları değerlendirilmiştir. Elde edilen bulgular, püskürtme konumunun ve açısının, özellikle alev sabitlenmesi, geri akım oluşumu ve türbülans karakteristikleri üzerinde belirleyici etkiler yarattığını göstermiştir. Dikme tabanlı tasarımda 90° açılı püskürtmelerde, özellikle üst noktadan püskürtme yapıldığında, eksen boyunca düzenli, simetrik ve yoğun bir karışım oluşmuştur. Üst noktadan püskürtme sırasında %5,13 gibi en yüksek su buharı konsantrasyonu elde edilmiş ve yanma verimi artış göstermiştir. Boşluk-tabanlı alev tutucuda ise en yüksek su buharı konsantrasyonu (%13,35), 60° açısında sol yan yüzeyden yapılan püskürtmede elde edilmiştir. Sonuçlar, su buharı konsantrasyonu gibi yanma verimliliğine dair göstergelerle desteklenmiş, optimum püskürtme stratejilerinin belirlenmesinde bu parametrenin önemli bir gösterge olduğu ortaya konmuştur. Bu tez çalışmasının, scramjet motorlarında enjeksiyon stratejileri için önemli bir kaynak olabileceği öngörülmektedir.