Simulación numérica (CFD) de procesos de detonación e deflagración. Parametrización dos resultados e comparación entre distintos solvers de resolución.
| Autoría | Pablo Sueiro Martínez |
| Data de defensa | 01/07/2021 |
| Titulación | Grao en Enxeñaría Aeroespacial |
| Centro | Escola de Enxeñaría Aeronáutica e do Espazo |
| Dirección |
Titoría: Elena Beatriz Martín Ortega |
| Tribunal |
Presidencia: Humberto Javier Michinel Álvarez Vogalía: Gloria María Pena Uris Secretaría: Fermín Navarro Medina |
| Resumo | O desenvolvemento de novas tecnoloxías no campo da propulsión é unha das principais liñas de investigación na actualidade. Construír avións hipersónicos ou optimizar o deseño de motores de foguetes son algúns dos retos da industria aeroespacial, e a súa consecución pode estar ligada ao uso de ondas de detonación. O obxectivo principal deste proxecto é comprender este fenómeno, así como os modelos matemáticos actuais que permiten predicir o seu comportamento. Para iso, realizáronse simulacións numéricas (CFD) empregando o software libre OpenFoam. Utilizáronse diferentes modelos que permiten predicir (dependendo do solver) o comportamento das ondas de detonación, así como a transición das ondas de deflagración ás ondas de detonación dentro de canles/tubos, en diante chamados thrusters. Por unha banda, para resolver a propagación das ondas de detonación, utilizouse un modelo simplificado que resolve as ecuacións de Euler para unha mestura reactiva, descrita por unha cinética química complexa. Este modelo, desenvolto por Marcantoni et al. (2017) é o solucionador rhoCentralRfFoam. É capaz de predicir, cun custo computacional razoable, o empuxe producido na cámara de detonación. Para esta parte do traballo, a cámara de combustión simplificouse a un tubo unidimensional e tratáronse diferentes configuracións. As simulacións leváronse a cabo para a combustión de hidróxeno con osíxeno. Para simular a transición entre deflagración e detonación, realizáronse simulacións (co mesmo combustible) empregando os solucionadores pddtFoam e ddtFoam, desenvoltos por Ettner et al. (2013). O primeiro empregouse na primeira parte, na xeración da onda, cando esta aínda é unha onda de deflagración, mentres que o segunda activouse nos casos en que a onda de detonación xa estaba presente na cámara de combustión. Ambos modelos resolven as ecuacións URANS (Unsteady Reynolds Averaged Navier Stokes) para unha mestura reactiva, cunha cinética química simplificada. Con estes solvers estudáronse diferentes configuración da cámara de detonación bidimensional. En concreto, a disposición dos obstáculos no interior do dispositivo (propulsor) foi variada para acelerar a transición á detonación. Finalmente, tamén se realizou unha comparación dos resultados obtidos con ddtFoam y rhoCentralRfFoam para a parte onde a onda de detonación xa estaba presente, mostrando os puntos en común e en que condicións xeométricas dan os resultados diferentes Este estudo complementa parte do traballo numérico asociado ao proxecto de investigación PDT para a Axencia Espacial Europea (ESA) realizado en colaboración con outras universidades e centros tecnolóxicos europeos. Para levar a cabo este proxecto, dispúxose dunha axuda de colaboración co 'Departamento de enxeñaría mecánica, motores térmicos e fluídos' da Universidade de Vigo, concedida polo Ministerio de Educación de España. Palabras clave: DDT, thruster, CFD, OpenFoam. |