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Estudio numérico sobre oscilaciones de presión en un motor cohete sólido con configuración de escalón hacia atrás bajo interacciones de flujo bifásico

Autores: Huo, Chao; Xu, Hongbo; Hu, Jie; Luo, Tengfei

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2024

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Acceso abierto

Artículo científico
2024

Estudio numérico sobre oscilaciones de presión en un motor cohete sólido con configuración de escalón hacia atrás bajo interacciones de flujo bifásico


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Oscilación de presión
Acoplamiento vórtice-acústico
Inestabilidad de combustión
Interacciones de flujo de dos fases
Simulaciones numéricas
Movimiento de partículas

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La oscilación de presión causada por el acoplamiento vórtice-acústico es uno de los principales factores de ganancia que resulta en la inestabilidad de combustión de los motores. Centrándose en un motor de cohete sólido con una configuración de escalón hacia atrás que puede generar un vórtice en la esquina, este estudio tiene como objetivo investigar las características de oscilación de presión en una cámara de combustión bajo interacciones de flujo bifásico a través de simulaciones numéricas. Se eligió el modelo de fase discreta (DPM) de flujo bifásico para estudiar el movimiento de partículas y las interacciones bifásicas. La metodología numérica se estableció, por lo tanto, acoplando el DPM con el método de simulación de grandes remolinos (LES). Tomando el motor Clx como referencia e introduciendo partículas de óxido de aluminio, se estudiaron numéricamente dos parámetros importantes de las partículas (diámetro y concentración) y los parámetros geométricos clave del escalón hacia atrás. Los resultados numéricos muestran que tanto el aumento del diámetro de las partículas como de la concentración pueden disminuir la frecuencia y la amplitud de las oscilaciones de presión; además, los efectos de los parámetros geométricos sobre las oscilaciones de presión del escalón hacia atrás, como la relación de aspecto aguas abajo, la relación de expansión y la posición del escalón, son básicamente consistentes tanto en flujos de gas puro como en flujos bifásicos. Las influencias de esos parámetros geométricos se reflejan principalmente en la definición del espacio para el desarrollo de la inestabilidad del flujo aguas arriba y el movimiento de los vórtices aguas abajo. En comparación con el flujo de gas puro, la presencia de partículas de óxido de aluminio en el flujo bifásico disminuye globalmente la frecuencia de desprendimiento de vórtices, la frecuencia primaria y la amplitud de las oscilaciones de presión. También puede debilitar los efectos del acoplamiento vórtice-acústico debido al aumento de la viscosidad turbulenta, lo que obstaculiza el desarrollo ordenado de los vórtices.

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