Análisis de un reactor de disco giratorio estator-rotor-estator en condiciones de ebullición monofásica y bifásica utilizando una red de flujo termo-fluido y CFD
Autores: Mazzei, Lorenzo; Marin, Francesco Maria; Bianchini, Cosimo; Da Soghe, Riccardo; Bertani, Cristina; Pastrone, Dario; Angelucci, Maddalena; Caggiano, Giuseppe; de Beer, Michiel
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Análisis de un reactor de disco giratorio estator-rotor-estator en condiciones de ebullición monofásica y bifásica utilizando una red de flujo termo-fluido y CFD
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Propelentes líquidos criogénicos
Turbop bombas
Condiciones de ebullición
Transferencia de calor
Herramientas numéricas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los propulsores líquidos criogénicos se utilizan en motores de cohetes líquidos para obtener un alto impulso específico. Los caudales son controlados por turbobombas que entregan el propulsor líquido al motor a altos niveles de presión. Debido a la muy baja temperatura de saturación del propulsor criogénico, en las primeras fases de la operación transitoria, en las que el motor está a temperatura ambiente, sus superficies están sujetas a condiciones de ebullición. El efecto de la ebullición en la transferencia de calor entre el sólido y el fluido necesita ser bien caracterizado para predecir correctamente la evolución temporal de la temperatura del metal del criopump y la cantidad necesaria de propulsor. Con el objetivo de comparar herramientas numéricas con datos experimentales, se eligió un caso de prueba representativo. Este consiste en un reactor de disco giratorio estátor-rotor-estátor estudiado bajo condiciones de transferencia de calor de fase única y de dos fases. Los enfoques numéricos utilizados están representados por un solucionador de red 1D, donde la caída de presión y la transferencia de calor se calculan mediante correlaciones, y simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), realizadas con ANSYS Fluent. Ambas herramientas numéricas mostraron un acuerdo razonable en condiciones de fase única, también gracias al uso de correlaciones adecuadas en el solucionador de red de flujo y condiciones típicas para las simulaciones CFD. Las condiciones de dos fases, por el contrario, son más desafiantes, con subestimaciones de hasta el 20% y el 80%, respectivamente. Los problemas son atribuibles al uso de correlaciones que son inadecuadas para capturar los fenómenos de dos fases que ocurren en el reactor srs y a limitaciones numéricas en la implementación real del modelo de ebullición en el solucionador CFD.
Descripción
Los propulsores líquidos criogénicos se utilizan en motores de cohetes líquidos para obtener un alto impulso específico. Los caudales son controlados por turbobombas que entregan el propulsor líquido al motor a altos niveles de presión. Debido a la muy baja temperatura de saturación del propulsor criogénico, en las primeras fases de la operación transitoria, en las que el motor está a temperatura ambiente, sus superficies están sujetas a condiciones de ebullición. El efecto de la ebullición en la transferencia de calor entre el sólido y el fluido necesita ser bien caracterizado para predecir correctamente la evolución temporal de la temperatura del metal del criopump y la cantidad necesaria de propulsor. Con el objetivo de comparar herramientas numéricas con datos experimentales, se eligió un caso de prueba representativo. Este consiste en un reactor de disco giratorio estátor-rotor-estátor estudiado bajo condiciones de transferencia de calor de fase única y de dos fases. Los enfoques numéricos utilizados están representados por un solucionador de red 1D, donde la caída de presión y la transferencia de calor se calculan mediante correlaciones, y simulaciones de Dinámica de Fluidos Computacional (CFD), realizadas con ANSYS Fluent. Ambas herramientas numéricas mostraron un acuerdo razonable en condiciones de fase única, también gracias al uso de correlaciones adecuadas en el solucionador de red de flujo y condiciones típicas para las simulaciones CFD. Las condiciones de dos fases, por el contrario, son más desafiantes, con subestimaciones de hasta el 20% y el 80%, respectivamente. Los problemas son atribuibles al uso de correlaciones que son inadecuadas para capturar los fenómenos de dos fases que ocurren en el reactor srs y a limitaciones numéricas en la implementación real del modelo de ebullición en el solucionador CFD.