SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE UM MOTOR RAMJET DE TUBO-CONECTADO EXPERIMENTAL
Este trabalho apresenta simulações numéricas e analíticas de um motor ramjet desenvolvido no Laboratório de Propulsão Química (CPL) da Universidade de Brasília para auxiliar o seu design e segurança para futuros testes quentes. A instalação de testes compreende uma bancada de testes do tipo tubo-conectado com um aquecedor simulando o fluxo do difusor. O objetivo primário da bancada de testes é estudar a performance da câmara de combustão e o efeito de resfriamento das paredes provido pela presença dos ancoradores de chama. Equações de Navier-Stokes transientes temporais-médias na forma bidimensional e o modelo de turbulência k-ε descrevem o comportamento do fluxo. O modelo de chama sem pré-mistura baseado no mecanismo GriMech 3.0 leva em conta as transformações químicas. A implementação de uma malha estruturada e de uma análise de sensibilidade de malha forneceram a acurácia e o tempo óptimos para a simulação. A simulação numérica estuda o motor em três regimes de voo distintos. A validação dos resultados da simulação com os resultados analíticos e numéricos apresentaram nível de conformidade aceitável dos dados. Como principal resultado, as simulações fluidodinâmicas provaram o conceito de resfriamento das paredes do ramjet com ancoradores de chama e separador. Consequentemente, simulações mais avançadas serão providenciadas no futuro, resultando em recomendações para os testes quentes.
SIMULAÇÃO NUMÉRICA DE UM MOTOR RAMJET DE TUBO-CONECTADO EXPERIMENTAL
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DOI: 10.22533/at.ed.22422040811
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Palavras-chave: Ramjet, Fluidodinâmica Computacional, Combustão sem pré-mistura
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Keywords: Ramjet, CFD, Non-premixed combustion
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Abstract:
This work presents analytical and numerical simulations of a ramjet engine developed at the Chemical Propulsion Laboratory (CPL) of the University of Brasilia (UnB) to aid its design and safety for future hot tests. The test facility comprises a connected-pipe test bench with a heater simulating the diffuser flow. The test bench’s primary objective is to study the ramjet combustion chamber performance and the cooling wall effect provided by the presence of the flame holders. Transient time-averaged Navier-Stokes equations in two-dimensional form and the k-ε turbulence model describe the flow behavior. The non-premixed model based on GriMech 3.0 mechanism takes into account chemical transformations. Implementing the structured mesh and mesh sensitivity analysis yielded optimal simulation accuracy and time. The numerical simulation studies the motor performance in three flight regimes. The validation of the simulation results to analytical and numerical ones presented an acceptable level of data conformity. As a main result, CFD simulations proved the ramjet wall cooling concept with an efficient flame holder and separator. Consequently, more advanced simulations will be provided in the future resulting in recommendations for hot tests.
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Número de páginas: 17
- Douglas Carvalho Cerbino
- Olexiy Shynkarenko
