AnÃlise e simulaÃÃo da combustÃo induzida por projÃteis em velocidades hipersÃnicas.

AUTOR(ES)
DATA DE PUBLICAÇÃO

2006

RESUMO

Este trabalho à parte importante de esforÃos contÃnuos que vÃm sendo empreendidos pelo ITA e pelo IAE em desenvolver uma ferramenta numÃrica capaz de simular escoamentos hipersÃnicos em condiÃÃo de nÃo equilÃbrio termodinÃmico e quÃmico. O interesse, alÃm de desenvolver e adquirir conhecimento sobre cÃdigos numÃricos abrangentes, à auxiliar o projeto aerotermodinÃmico do SARA (SatÃlite de Reentrada AtmosfÃrica). O trabalho, contudo, nÃo està endereÃado especificamente a configuraÃÃes de reentrada. ValidaÃÃes do cÃdigo numÃrico jà haviam sido realizadas com sucesso em simulaÃÃes de escoamentos hipersÃnicos sobre diedros e mistura reativa formada por hidrogÃnio e ar. Entretanto, dificuldades foram observadas na simulaÃÃo de um escoamento em regime permanente sobre um corpo rombudo e mistura reativa formada tambÃm por hidrogÃnio e ar em proporÃÃo estequiomÃtrica. A onda de detonaÃÃo à induzida pela onda de choque e, na soluÃÃo experimental, està visualmente destacada da onda de choque. Na soluÃÃo numÃrica, nÃo foi possÃvel observar esse destacamento. A dinÃmica dos fluidos foi modelada pelas equaÃÃes de Euler e a velocidade de reaÃÃo quÃmica pela lei de Arrhenius. O algoritmo de discretizaÃÃo espacial empregado foi o mÃtodo de segunda ordem de precisÃo proposto por Liou, conhecido como AUSM+, implementado em um contexto de volumes finitos e malhas nÃo estruturadas. A evoluÃÃo temporal à realizada separadamente para a parte da dinÃmica dos fluidos e para a parte quÃmica. O mÃtodo de discretizaÃÃo temporal da dinÃmica dos fluidos utilizado foi o esquema de segunda ordem de precisÃo de Runge-Kutta, com cinco estÃgios no tempo. Para a integraÃÃo da parte quÃmica, utilizou-se o cÃdigo numÃrico VODE. O cÃlculo das velocidades de reaÃÃo quÃmica à feito pelo cÃdigo CHEMKIN-II. Duas metodologias para o acoplamento da parte quÃmica com a dinÃmica dos fluidos foram empregadas. Na primeira, o acoplamento à feito pelo processo de separaÃÃo do passo de tempo de Strang. A segunda à um mÃtodo hÃbrido lagrangeano/euleriano proposto no presente trabalho, no qual o acoplamento à realizado atravÃs do uso de partÃculas lagrangeanas. A mistura reativa à formada por H2 e ar. O mecanismo de cinÃtica quÃmica selecionado foi o de Balakrishnan e Williams. O presente trabalho analisa essas dificuldades, faz uma proposta de soluÃÃo e substancia, implementa e apresenta a validaÃÃo dessa proposta. O mÃtodo hÃbrido lagrangeano/euleriano proposto no presente trabalho difere da formulaÃÃo teÃrica usual no que se refere ao acoplamento da quÃmica nas equaÃÃes da dinÃmica dos fluidos. Com essa nova formulaÃÃo, a parte referente à dinÃmica dos fluidos continua considerando as propriedades mÃdias centradas nos volumes, ao passo que o cÃlculo da parte quÃmica deixa de considerar valores mÃdios das fraÃÃes mÃssicas. TambÃm à demonstrado neste trabalho que malhas estruturadas de quadrilÃteros sÃo preferÃveis a malhas nÃo estruturadas.

ASSUNTO(S)

escoamento hipersÃnico aerotermodinÃmica reaÃÃes quÃmicas cinÃtica das reaÃÃes combustÃo reentrada atmosfÃrica dinÃmica dos fluidos computacional

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