Large eddy simulation of the combustion in an oxygen-paraffin hybrid rocket engine
| Autor: | Homs Pons, Carme |
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| Přispěvatelé: | Universitat Politècnica de Catalunya. Departament de Física, Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation, Meseguer Serrano, Álvaro, Àvila Cañellas, Marc |
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| Zdroj: | Recercat. Dipósit de la Recerca de Catalunya instname |
| Popis: | En la última década se ha despertado un renovado interés en los cohetes híbridos debido a su bajo precio, manejo seguro y compatibilidad con carburantes verdes. Un grupo de estudiantes está desarrollando un cohete híbrido de oxígeno y parafina en el Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) en la Universidad de Bremen. Por tal de proporcionar datos que ayuden a los diseñadores del motor del cohete, hemos simulado el proceso de combustión y el flujo de materia en el motor usando simulaciones de tipo LES. Se ha generado un modelo del motor del cohete axisimétrico usando el programa de código abierto y licencia gratuita OpenFOAM. Se ha implementado el solver reactingFoam para fluidos compresibles y combustión con reacciones químicas. Se ha aplicado la condición de contorno no reflectante waveTransmissive en la salida de la tobera del cohete. Las simulaciones muestran que el flujo se separa de la pared de la tobera y que existe reflujo. Esto explica el bajo rendimiento del cohete que se ha medido en los experimentos y demuestra que el diseño de la tobera no es óptimo. Durant la darrera dècada s'ha despertat un renovat interès en els coets híbrids ja que tenen un cost reduït, són segurs de maniobrar i són compatibles amb carburants verds. Un grup d'estudiants està desenvolupant un coet híbrid d'oxigen i parafina en el Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) a la Universitat de Bremen. Per proporcionar dades que ajudin als dissenyadors del motor del coet, hem simulat el procés de combustió i el flux de matèria en el motor mitjançant simulacions de tipus LES. S'ha implementat el solver reactingFoam per fluids compressibles i combustió amb reaccions químiques. S'ha aplicat la condició de contorn no reflexant waveTransmissive a la sortida de la tovera del coet. Les simulacions mostren que el flux es separa de la paret de la tovera i que hi ha reflux. Això explica que el rendiment del coet mesurat en els experiments sigui baix i demostra que el disseny de la tovera no és òptim. In the last decade a renewed interest in hybrid rockets has arisen due to the fact that they are low-cost, safe to operate and compatible with green propellants. A group of students are developing an oxygen-paraffin hybrid rocket engine at the Center of Applied Space Technology and Microgravity (ZARM) at the University of Bremen. In order to provide helpful data to the designers of the engine, we have simulated the combustion process and the flow feld in the rocket engine using large eddy simulation (LES). An axi-symmetric model of the rocket motor has been produced using the open-source free-license CFD package OpenFOAM. The transient solver reactingFoam for compressible flow and combustion with chemical reactions has been successfully implemented. A non-reflecting boundary condition (waveTransmissive) was applied at the exit of the nozzle leading to simulation results coherent with experimental measurements. Simulations have shown the presence of flow separation and backflow at the nozzle, explaining the low performance of the rocket engine reported in test facilities and proving that the current design of the nozzle is not optimal. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
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