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Abstract(s)
The prevention of further climate as well as the exhaustion of natural resources in our planet
are two of the biggest challenges faced by humankind. To achieve this objectives, emissions and
fossil fuel consumption must be reduced. At the same time humankind puts great effort in the
understanding of our universe, space ights are an important mean to achieve such knowledge
and for those better performance and reliability of rocket engines are required.
Increasing the operating pressure and temperature of power systems such as diesel engines, gas
turbines, rocket engines, and others, is a known way of increasing ef ciency and performance.
Over the past years, this increase has become an important trend in the design of new power
units.
In order to study the high pressure and high temperature operating condition of the variety of
internal combustion engines, a cryogenic nitrogen jet injected into supercritical chamber conditions
was simulated numerically. The Favre averaged Navier-Stokes equations were employed
together with a k " turbulence model. To determine the density value different approaches
were employed, one making use of Amagat’s law based on mixture fraction, and another employing
the Soave-Redlich-Kwong or the Peng-Robinson real uid equations of state, and also
integrating the favre averaged energy equation. To determine the uid properties also different
approaches were tested.
The obtained results have shown an acceptable agreement with experiments, mainly in terms of
the jet spreading rate as well as for radial density distribution. For the axial density distribution
was found a more dif cult agreement for the length of the potential core. Results also suggest
the a strong in uence of the turbulent characteristics over the ow of study.
O presente trabalho tem como o objectivo o estudo e modelação de jactos de azoto criogénico numa gama de condições transcriticas e supercriticas. A injecção de combustível em condições de alta pressão e temperatura apresenta-se como o principal objecto de aplicação da presente investigação. Este tipo de injecção é típica não só em motores foguetes mas também em modernos motores diesel assim como em turbinas de gás, em ambos os casos pressões e temperaturas de combustão têm aumentado com o objectivo de aumentar e ciência e performance reduzindo ao mesmo tempo e emissão de poluentes. Uma aproximação numérica de densidade variável, originalmente desenvolvida para a modela ção de jactos gasosos, turbulentos e incompressíveis foi utilizada para a modelação deste tipo de escoamentos. Os resultados demonstraram o potencial desta aproximação. No entanto, a mesma não previa os efeitos resultantes da transmissão de calor nos uidos nem o comportamento de gases reais. Para colmatar estas de ciências foi incluída a equação da energia assim como equações de estado de gás real. Para a determinação das propriedades dos uidos foram empregues e testadas diferentes metodologias. Os resultados obtidos mostram uma boa concordância no seu geral com os dados experimentais divergindo apenas no comprimento do cone potencial. Uma conclusão importante dos resultados é a da importância que a turbulência tem neste tipo de escoamento quando comparada com as propriedades moleculares.
O presente trabalho tem como o objectivo o estudo e modelação de jactos de azoto criogénico numa gama de condições transcriticas e supercriticas. A injecção de combustível em condições de alta pressão e temperatura apresenta-se como o principal objecto de aplicação da presente investigação. Este tipo de injecção é típica não só em motores foguetes mas também em modernos motores diesel assim como em turbinas de gás, em ambos os casos pressões e temperaturas de combustão têm aumentado com o objectivo de aumentar e ciência e performance reduzindo ao mesmo tempo e emissão de poluentes. Uma aproximação numérica de densidade variável, originalmente desenvolvida para a modela ção de jactos gasosos, turbulentos e incompressíveis foi utilizada para a modelação deste tipo de escoamentos. Os resultados demonstraram o potencial desta aproximação. No entanto, a mesma não previa os efeitos resultantes da transmissão de calor nos uidos nem o comportamento de gases reais. Para colmatar estas de ciências foi incluída a equação da energia assim como equações de estado de gás real. Para a determinação das propriedades dos uidos foram empregues e testadas diferentes metodologias. Os resultados obtidos mostram uma boa concordância no seu geral com os dados experimentais divergindo apenas no comprimento do cone potencial. Uma conclusão importante dos resultados é a da importância que a turbulência tem neste tipo de escoamento quando comparada com as propriedades moleculares.
Description
Keywords
Motores foguete Jatos criogénicos - Injeção de combustível Jatos criogénicos - Escoamentos supercríticos Jatos criogénicos - Termodinâmica de gases reais Jatos criogénicos