Computational analysis of rocket propulsion with real-gas effects
La presente tesis se centra en el análisis computacional de los procesos de propulsión de cohetes en los que predominan condiciones supercríticas y transcríticas, donde los efectos de gas real deben ser tenidos en cuenta. El objetivo principal es doble: por un lado, realizar simulaciones unidimensio...
| Autor: | |
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| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Fecha de publicación: | 2025 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| Repositorio: | UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| Idioma: | inglés |
| OAI Identifier: | oai:upcommons.upc.edu:2117/452471 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/2117/452471 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Rockets (Aeronautics) Space vehicles -- Propulsion systems Computational fluid dynamics Coets (Aeronàutica) Vehicles espacials -- Sistemes de propulsió Dinàmica de fluids computacional Àrees temàtiques de la UPC::Aeronàutica i espai::Aeronaus::Coets Àrees temàtiques de la UPC::Aeronàutica i espai::Sistemes de propulsió |
| Sumario: | La presente tesis se centra en el análisis computacional de los procesos de propulsión de cohetes en los que predominan condiciones supercríticas y transcríticas, donde los efectos de gas real deben ser tenidos en cuenta. El objetivo principal es doble: por un lado, realizar simulaciones unidimensionales de llamas de difusión con modelos termodinámicos de gas real adecuados; por otro, generar datos termoquímicos tabulados apropiados para su uso posterior en aplicaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD). Para alcanzar estos objetivos, se ha desarrollado una herramienta de software en Python, capaz de resolver llamas de difusión en configuración contraflujo bajo altos gradientes de deformación y condiciones extremas de operación. Se ha adoptado la ecuación de estado de Peng-Robinson como el modelo de gas real más adecuado para la combustión metano-oxígeno. A partir de las soluciones obtenidas, se han derivado manifolds tipo flamelet, incluyendo ramas estables, inestables y la línea de mezcla pura, que han sido posteriormente tabulados para su integración directa en simulaciones CFD mediante un enfoque de Química Tabulada para modelar el flujo reactivo. Finalmente, la metodología ha sido validada aplicando las tablas generadas a una configuración de llama de difusión de contraflujo, resuelta mediante un enfoque CFD. Los resultados muestran que la presión influye significativamente en la estructura de la llama, los límites de extinción, la temperatura máxima y la tasa de liberación de calor. En este sentido, se confirma que la modelización de gas real es esencial para captar con precisión el comportamiento termoquímico del sistema. Además, las simulaciones CFD utilizando química tabulada presentan una buena concordancia con las soluciones unidimensionales de referencia, con solo pequeñas desviaciones. De este modo, se demuestra que el marco metodológico desarrollado constituye una metodología fiable y computacionalmente eficiente. |
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