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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
In this work were performed several CFD simulations of a hybrid rocket with paraffin fuel and
nitrous oxide was oxidizer. A study of the regression rate of solid grain during combustion
is performed to understand the influence on the performance of the motor. The numerical
mesh is created using ANSYS ICEM Meshing and the commercial software ANSYS Fluent
20.2 is used to perform the numerical study. For making this, an unsteady numerical model
is established with a dynamic mesh to simulate the regression process of the solid fuel surface.
The viscous model used is the Reynolds Reynolds Stress model (RSM). All of the airinlets
are defined as massflow inlets, and the exit is defined as a pressureoutlet. In this thesis
no multiphase flow simulation will be done, all the chemical elements are considered to
be in a gaseous state. First, it will be performed analyse with the swirl injection where the
performance points will be compared with the experimental results. Then, a new injection
configuration (axial injection) is studied to analyse the performance improvement that can
bring to the hybrid rocket engine. The final results show reasonable agreement with the
experimental values, with one of the biggest achievements was to visualize the flow inside the
chamber and understand what is happening and where the design can be improved. Overall,
it can be concluded that this CFD simulation can help the designer during the development
of a new hybrid rocket motor.
Neste trabalho foram realizadas várias simulações em CFD de um foguete híbrido com combustível de parafina e para o oxidante óxido nitroso. Foi realizado um estudo da taxa de regressão do combustivel sólido durante a combustão, com o intuito de compreender a influência no desempenho do motor. A malha é criada utilizando o ANSYS ICEM Meshing e o software comercial ANSYS Fluent 20.2 é utilizado para realizar o estudo numérico. Para realizar este trabalho, um modelo numérico unsteady é escolhido com uma malha dinâmica para simular o processo de regressão da superfície do combustível sólido. O modelo viscoso utilizado é o Reynolds Stress model (RSM). Todas as entradas de ar são definidos como entradas de caudal mássico, e a saída é definida como uma saída de pressão. Nesta tese não será feita uma simulação com várias fases, todos os elementos químicos são considerados como estando em estado gasoso. Em primeiro lugar, será realizada uma análise com a injecção com swirl onde os pontos de desempenho serão comparados com os resultados experimentais. Depois, é estudada uma nova configuração de injecção (injecção axial) para analisar a melhoria do desempenho que pode trazer ao motor do foguete híbrido. Os resultados finais mostram uma concordância razoável com os valores experimentais, sendo uma das maiores realizações a visualização do fluxo dentro da câmara o que permite compreender o escoamento dentro do motor e que por sua vez leva a compreender os pontos onde se pode melhorar a nível do design do mesmo. Globalmente, pode concluirse que esta simulação CFD pode ajudar o projectista durante o desenvolvimento de um novo motor de foguetão híbrido.
Neste trabalho foram realizadas várias simulações em CFD de um foguete híbrido com combustível de parafina e para o oxidante óxido nitroso. Foi realizado um estudo da taxa de regressão do combustivel sólido durante a combustão, com o intuito de compreender a influência no desempenho do motor. A malha é criada utilizando o ANSYS ICEM Meshing e o software comercial ANSYS Fluent 20.2 é utilizado para realizar o estudo numérico. Para realizar este trabalho, um modelo numérico unsteady é escolhido com uma malha dinâmica para simular o processo de regressão da superfície do combustível sólido. O modelo viscoso utilizado é o Reynolds Stress model (RSM). Todas as entradas de ar são definidos como entradas de caudal mássico, e a saída é definida como uma saída de pressão. Nesta tese não será feita uma simulação com várias fases, todos os elementos químicos são considerados como estando em estado gasoso. Em primeiro lugar, será realizada uma análise com a injecção com swirl onde os pontos de desempenho serão comparados com os resultados experimentais. Depois, é estudada uma nova configuração de injecção (injecção axial) para analisar a melhoria do desempenho que pode trazer ao motor do foguete híbrido. Os resultados finais mostram uma concordância razoável com os valores experimentais, sendo uma das maiores realizações a visualização do fluxo dentro da câmara o que permite compreender o escoamento dentro do motor e que por sua vez leva a compreender os pontos onde se pode melhorar a nível do design do mesmo. Globalmente, pode concluirse que esta simulação CFD pode ajudar o projectista durante o desenvolvimento de um novo motor de foguetão híbrido.
Description
Keywords
Desempenho Emissões Fluent Foguete Híbrido Icem Meshing Malha Dinâmica Óxido Nitroso Parafina Propulsão Por Foguete Simulação Numérica Taxa de Regressão Transiente