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Diseño geométrico de un constrictor de arco de baja potencia y determinación de la velocidad del plasma basado en aire mediante métodos analíticos y numéricos

Autores: Argumedo Teuffer, Pedro José; Marron Ramirez, Luis Enrique; Ituna-Yudonago, Jean Fulbert; Arizpe Carreón, Pablo Alejandro; Rodríguez Roman, Carlos Manuel

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Diseño geométrico de un constrictor de arco de baja potencia y determinación de la velocidad del plasma basado en aire mediante métodos analíticos y numéricos


Categoría

Tecnología de Equipos y Accesorios

Subcategoría

Diseño de equipos y herramientas

Palabras clave

Arcjet
Constrictor
Estudio analítico
Estudio numérico
Arco eléctrico
Perfiles de velocidad

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 20

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La siguiente investigación se centra en el estudio analítico y numérico de un constrictor de arco. Para realizar estos análisis, se propuso un diseño geométrico del constrictor. El estudio analítico considera modelos matemáticos propuestos por Stine y Watson, relacionados con las propiedades de los propulsores de aire, como la entalpía específica, la conductividad eléctrica, la conductividad térmica y el calor específico. El estudio numérico consideró las ecuaciones de masa, momento, energía y electricidad que describen la interacción entre el arco eléctrico y el flujo del fluido. Estas ecuaciones se resolvieron en el software ANSYS FLUENT, en el que se utilizaron los modelos de turbulencia y magnetohidrodinámica (MHD). Las rutinas externas, incluidas las funciones definidas por el usuario, los escalares definidos por el usuario y la memoria definida por el usuario, se implementaron en el lenguaje C++ para los términos fuente y se vincularon a ANSYS FLUENT. Los perfiles de velocidad se obtuvieron analíticamente para las temperaturas del arco eléctrico de 9000 K, 10,000 K y 11,000 K con magnitudes máximas de 2960 m/s, 3350 m/s y 3100 m/s, respectivamente, en la salida del constrictor. Se observó a partir de los resultados numéricos que la magnitud de la velocidad del plasma basado en aire dentro del constrictor aumenta a medida que la temperatura del arco eléctrico se eleva hasta 10,000 K. Sin embargo, por encima de 10,000 K, la magnitud de la velocidad disminuye porque a este nivel de temperatura, las partículas de aire se ionizan completamente y el calor específico del plasma basado en aire disminuye. La simulación numérica produjo magnitudes de perfil de velocidad a dos temperaturas diferentes del arco eléctrico (9000 K y 10,000 K) con magnitudes máximas de 2400 m/s y 2900 m/s, respectivamente, en la salida del constrictor. Los resultados numéricos y analíticos fueron muy cercanos con un error del 16.327%.

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