ארזה חדד

ארזה חדד

סטודנט/ית לתואר דוקטור

04-8294972

arza@technion.ac.il

מעבדה להנעה רקטית 219 ד

מידול הבעירה של טיפת דלק ג'ל מבוסס מקריש

ארזה חדד – תקציר הצעת המחקר לדוקטורט בנושא:

 

בעירת טיפה של דלק ג'ל בלי ועם תוספים מתכנתיים

בהנעת טילים ורקטות קיימת תמיד הדרישה לדלקים בעלי ביצועים אנרגטיים טובים יותר, שמלווה בצורך בשמירה על רמת בטיחות גבוהה.  דלקים והודפים במצב ג'ל יכולים לספק תשובה ראויה לשתי דרישות אלו.

דלק ג'ל הוא דלק שעבר הקרשה על ידי הוספת מקריש (ג'לנט) שמשנה את תכונותיו הראולוגיות, וכתוצאה מכך, הדלק הנוזלי הופך לזורם לא ניוטוני בעל מאמץ כניעה. בזמן האחסון, צמיגות הג'ל גבוהה מאוד והדלק מתנהג כמוצק. בעת זרימת הדלק בצנרת ובמזרקים מופעלים עליו מאמצי גזירה, צמיגותו יורדת, דבר שמאפשר את ריסוסו ובעירתו. קיימים בשימוש מקרישים אורגניים ומקרישים לא אורגניים. מקרישים אורגניים משתתפים בתהליך הבעירה ומספקים אנרגיה ולכן הם עדיפים על מקרישים לא אורגניים מבחינת הביצועים של הדלק.

 בזכות מצבו המיוחד, לדלק ג'ל יש תכונות המשלבות תכונות של דלקים נוזליים ותכונות של דלקים מוצקים.  דלק ג'ל אינו דולף ואינו נשפך כאשר הוא נמצא במצב אחסון בנוסף דלק ג'ל אינו רגיש לנקיפות. תכונות אלו הן תכונות בטיחותיות רצויות בדלק. לדלק ג'ל יש יתרונות מבחינת ביצועים: בדומה לדלק נוזלי, דלק ג'ל מאפשר בקרת דחף וניהול אנרגיה למטרת ייעול המשימה, אבל, דלק ג'ל מתאים יותר מאשר דלק נוזלי לשימוש בתוספים מתכתיים, וזאת בזכות מבנהו המיוחד וקיום מאמץ הכניעה, מה שמונע שקיעת החלקיקים.

הדלקים הפחמימניים הקיימים בשימוש כיום הם בקצה גבול היכולת מבחינה אנרגטיית, ולכן על מנת לשפר את הביצועים של הדלק, פונים לחלקיקים מתכניים. בדלקים נוזליים, החלקיקים נוטים לשקוע, ולהצטבר, ומכאן נובע היתרון של דלק ג'ל על פני דלק נוזלי מבחינת הביצועים.

לדלק במצב ג'ל יש פוטנציאל רב בתחום ההנעה, פוטנציאל שיכול להתמשש כאשר מבינים היטב את תכונותיו והתנגותו ומכאן החשיבות של מחקרים בתחום דלק ג'ל.  מחקר זה מתמקד בבעירה של טיפה של דלק ג'ל. עבודות ניסויות בעבר הראו שטיפת דלק ג'ל מתאפיינת במנגנון בעירה מחזורי ייחודי. כאשר הטיפה מתחממת מתחיל אידוי של הרכיב בעל טמפ' הרתיחה הנמוכה יותר וכתוצאה מכך נוצרת סביבה שכבת ג'לנט אלסטית המונעת אידוי נוסף דרך היקף הטיפה. לכן, בתוך הטיפה נוצרות בועות של אדי דלק, עד לשלב שבו הטיפה מתנפצת, אדי הדלק הכלואים בתוכה מתפרצים החוצה, הקליפה קורסת, הטיפה נוצרת מחדש והתהליך חוזר על עצמו עד סיום הבעירה.

העבודה המוצעת עוסקת במידול מתמטי ונומרי של תהליך הבעירה תלוי הזמן של טיפת דלק ג'ל המבוסס על מקריש אורגני. מחקר זה הוא הרחבה לעבודות ראשוניות שנעשו בתחום והוא כולל התייחסות לתהליכים חשובים שהוזנחו בעבר, כגון שינויי הטפרטורה בתוך טיפה הדלק והאינטראקציה בין טיפת הדלק לסביבה החמה. הרחבה נוספת של המודל כוללת תוספים מתכתיים בכלל, וחלקיקי בורון בפרט היות ובורון הוא בעל צפיפות אנרגטית גבוהה ביותר.

 בעירה של טיפת דלק ג'ל היא תהליך מסובך שכולל תהליכי מעבר ותהליכים כימיים בתערובת רבת מרכיבים. הבנת התהליכים ומידולם המתמטי חשובים מאוד לצורך ייעול הבעירה ותכן תאי שריפה מתאימים.