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Authors
Abstract(s)
Sloshing has been a topic of study since the beginning of the 1960s as it represents a real
problem for various means of transport, such as tanks, airplanes, and rockets. This phenomenon corresponds to the unwanted movement of liquid within a reservoir when it
suffers a perturbation, leading to unwanted loads that affect the vehicle’s stability.
This dissertation aims to understand the influence of sloshing when applied to the cryogenic tanks of the sub-orbital vehicle within the scope of the VIRIATO project. The main
objective is to develop an anti-sloshing system to be used in the case in question. To reduce the effects of sloshing, devices called baffles are commonly applied. There are several
baffle configurations, the most common being rings.
Firstly, the Miles equation developed by Bauer was implemented, using Python, carrying
out a study of the damping of different baffle configurations with constant spacing. To
understand the influence of different spacing, Powell’s method was used to optimize the
configurations. Four configurations were obtained and subsequently implemented in the
numerical and experimental models.
The numerical model was implemented in ANSYS Fluent® using a transient and pressurebased analysis with a VOF model. To model turbulence, the k-e model was used. The
experimental model, completely developed at INEGI, consists of a structure of extruded
aluminum profiles an acrylic tank, and machined aluminum blocks. The anti-sloshing
system was designed to facilitate changing settings. Excitation was provided by an electrical model coupled with a Scotch-Yoke mechanism.
The numerical and experimental models allowed to obtain the variation of the free surface
over time. The efficiency of implementing the baffles was corroborated by observing a
rapid stabilization of the free surface as soon as the movement stopped. Furthermore,
the analytical prediction that a higher number of baffles dampens the liquid more was
corroborated.
O sloshing tem vindo a ser tema de estudo desde o ínicio dos anos 60 uma vez que representa um problema real para diversos meios de transporte, como por exemplo tanques cisterna, aviões e foguetes. Este fenómeno corresponde ao movimento indesejado do líquido dentro de um reservatório quando o mesmo é sujeito a uma perturbação levando ao aparecimento de cargas indesejadas que afetam a estabilidade do veículo. Esta dissertação pretende perceber a influência do sloshing quando aplicado aos tanques criogénicos do veículo sub-orbital no âmbito do projeto VIRIATO. O maior objetivo consiste no desenvolvimento de um sistema anti-sloshing para ser aplicado no caso em questão. Para reduzir os efeitos do sloshing, comummente, são aplicados dispositivos designados de baffles. Existem diversas configurações de baffles sendo a mais comum os anéis. Primeiramente foi implementada a equação de Miles desenvolvida por Bauer, através de Python, fazendo-se um estudo do amortecimento de diversas configurações de baffles com espaçamento constante. Para perceber a influência de um espaçamento diferente, utilizou-se o método de Powell para otimizar a configuração. Obtiveram-se 4 configurações, posteriormente, implementadas nos modelos numérico e experimental. O modelo numérico foi implementado em ANSYS Fluent® utilizando-se uma análise transiente e pressure-based com modelo VOF. Para modelar a turbulência foi utilizado o modelo k-e. O modelo experimental, completamente desenvolvido no INEGI, consiste numa estrutura feita com perfis de alumínio extrudidos e um tanque em acrílico e blocos de alumínio maquinados. O sistema de anti-sloshing foi feito de forma a facilitar a troca de configurações. A excitação foi fornecida por um modelo elétrico acoplado com um mecanismo Scotch-Yoke. O modelo numérico e o modelo experimental permitiram obter a variação da superfície livre ao longo do tempo. A eficiência da implementação dos baffles foi corroborada observando-se uma rápida estabilização da superfície livre, assim que o movimento foi parado. Para além disso, a previsão analítica de que um maior número de baffles amortece mais o líquido foi corroborada.
O sloshing tem vindo a ser tema de estudo desde o ínicio dos anos 60 uma vez que representa um problema real para diversos meios de transporte, como por exemplo tanques cisterna, aviões e foguetes. Este fenómeno corresponde ao movimento indesejado do líquido dentro de um reservatório quando o mesmo é sujeito a uma perturbação levando ao aparecimento de cargas indesejadas que afetam a estabilidade do veículo. Esta dissertação pretende perceber a influência do sloshing quando aplicado aos tanques criogénicos do veículo sub-orbital no âmbito do projeto VIRIATO. O maior objetivo consiste no desenvolvimento de um sistema anti-sloshing para ser aplicado no caso em questão. Para reduzir os efeitos do sloshing, comummente, são aplicados dispositivos designados de baffles. Existem diversas configurações de baffles sendo a mais comum os anéis. Primeiramente foi implementada a equação de Miles desenvolvida por Bauer, através de Python, fazendo-se um estudo do amortecimento de diversas configurações de baffles com espaçamento constante. Para perceber a influência de um espaçamento diferente, utilizou-se o método de Powell para otimizar a configuração. Obtiveram-se 4 configurações, posteriormente, implementadas nos modelos numérico e experimental. O modelo numérico foi implementado em ANSYS Fluent® utilizando-se uma análise transiente e pressure-based com modelo VOF. Para modelar a turbulência foi utilizado o modelo k-e. O modelo experimental, completamente desenvolvido no INEGI, consiste numa estrutura feita com perfis de alumínio extrudidos e um tanque em acrílico e blocos de alumínio maquinados. O sistema de anti-sloshing foi feito de forma a facilitar a troca de configurações. A excitação foi fornecida por um modelo elétrico acoplado com um mecanismo Scotch-Yoke. O modelo numérico e o modelo experimental permitiram obter a variação da superfície livre ao longo do tempo. A eficiência da implementação dos baffles foi corroborada observando-se uma rápida estabilização da superfície livre, assim que o movimento foi parado. Para além disso, a previsão analítica de que um maior número de baffles amortece mais o líquido foi corroborada.
Description
Keywords
Ansys Fluent Anti-Sloshing Cryogenic Tanks Experimental Model Sloshing