Study of the flow in a nozzle for rocket engines
En aquesta tesi, s'ha desenvolupat un model unidimensional i compressible, computacionalment assequible, per al flux a través d'una tovera per a motors coet, utilitzant Dinàmica de Fluids Computacional (CFD). Amb aquesta finalitat, s'han implementat tres esquemes numèrics: la tècnica...
| Autor: | |
|---|---|
| Formato: | tesis de maestría |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Recursos: | Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| Repositorio: | UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:upcommons.upc.edu:2117/454354 |
| Acesso em linha: | https://hdl.handle.net/2117/454354 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palavra-chave: | Computational fluid dynamics Rocket engines CFD Nozzles Rockets Rocket nozzles Compressible flow Supersonic air inlets Dinàmica de fluids computacional Coets (Aeronàutica) -- Motors Àrees temàtiques de la UPC::Aeronàutica i espai::Aeronaus::Coets Àrees temàtiques de la UPC::Aeronàutica i espai::Aerodinàmica |
| Resumo: | En aquesta tesi, s'ha desenvolupat un model unidimensional i compressible, computacionalment assequible, per al flux a través d'una tovera per a motors coet, utilitzant Dinàmica de Fluids Computacional (CFD). Amb aquesta finalitat, s'han implementat tres esquemes numèrics: la tècnica de MacCormack, el mètode de Godunov, i l’esquema MUSCL-Hancock, que s'han validat resolent dos casos de referència coneguts: el problema del tub de xoc de Sod i una expansió de Prandtl-Meyer. A més, s'han estudiat tres casos diferents del flux a través d’una tovera: una expansió isentròpica subsònica-supersònica, una expansió amb una ona de xoc interna, i una expansió isentròpica purament subsònica. La resolució d'aquests casos ha demostrat que els resultats numèrics coincideixen amb les solucions exactes conegudes fins als límits inherents als esquemes CFD. Mentre que per a qualsevol flux uniforme i continu tots tres esquemes proporcionen resultats satisfactoris, algunes oscil·lacions espúries es fan visibles pels esquemes de MacCormack i MUSCL-Hancock quan hi ha ones de xoc i de contacte, que han sigut reduïdes mitjançant viscositat artificial o amb mètodes de Variació Total Decreixent (TVD). El mètode de Godunov, en canvi, no presenta oscil·lacions en aquestes regions, però difumina les ones de xoc i de contacte al llarg de diversos punts de la malla computacional. Finalment, també s'ha integrat un calculador termoquímic de codi obert anomenat HGS, que permet assumir tres models de gas diferents al llarg de la tovera: gas perfecte, flux congelat i flux variable. Aquests models són útils per descriure diferents mescles i espècies de gasos. Amb tot això, es proporciona un codi CFD amb l'objectiu de ser integrat en algorismes dissenyats per optimitzar toveres i entrades d'aire supersòniques, entre altres geometries. Això pot permetre derivar-ne formes no convencionals destinades a millorar el rendiment de coets i vehicles voladors, emprant així el codi com a eina de disseny preliminar. |
|---|