Investigación Numérica de la Interacción Llama-Acústica en Condiciones Resonantes y No Resonantes en una Cámara de Combustión Modelo
Autores: Horchler, Tim; Fechter, Stefan; Hardi, Justin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2024
Acceso abierto
Artículo científico
2024
Investigación Numérica de la Interacción Llama-Acústica en Condiciones Resonantes y No Resonantes en una Cámara de Combustión Modelo
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Inestabilidades de combustión
Motores de cohetes
Interacción llama-acústica
Simulación de vórtices desprendidos
Excitación resonante
Frecuencias de modos propios
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 28
Citaciones: Sin citaciones
A pesar de un considerable esfuerzo de investigación en los últimos 60 años, la ocurrencia de inestabilidades de combustión en motores de cohetes aún no se comprende completamente. Si bien los mecanismos físicos involucrados se han estudiado por separado y se entienden bien en un entorno controlado, la interacción exacta de la dinámica de fluidos, la termodinámica, las reacciones químicas, la liberación de calor y la acústica, que finalmente conducen a inestabilidades, aún no se conoce. Este artículo se centra en la investigación de la interacción llama-acústica en un modelo de cámara de combustión utilizando métodos de simulación de vórtices desprendidos (DES). Presentamos resultados de simulación para un nuevo punto de carga de la cámara de combustión H de DLR Lampoldshausen y exploramos la respuesta de la llama a la excitación externa resonante y no resonante. En la primera parte del artículo, utilizamos resultados promediados en el tiempo de un campo de flujo en estado estacionario sin excitación de sirena para calcular los modos propios de Helmholtz de la cámara de combustión y los comparamos con los resultados experimentales. La segunda parte del artículo presenta resultados de simulación a una frecuencia de excitación no resonante. Estos resultados coinciden muy bien con los resultados experimentales en la misma condición, aunque la simulación numérica sobreestima sistemáticamente las amplitudes de oscilación. En la tercera parte, mostramos que una simulación con excitación de sirena resonante puede reproducir correctamente el desplazamiento en las frecuencias de los modos propios que también se observa en los experimentos. Además, para este nuevo punto de carga, confirmamos resultados numéricos anteriores que muestran una fuerte influencia de la excitación transversal en la forma de los núcleos densos de LOx. Este trabajo también propone un método de bombardeo para determinar las frecuencias de los modos propios resonantes basado en un DES en estado estacionario no excitado simulando la decadencia de un fuerte pulso de presión artificial dentro de la cámara de combustión.
Descripción
A pesar de un considerable esfuerzo de investigación en los últimos 60 años, la ocurrencia de inestabilidades de combustión en motores de cohetes aún no se comprende completamente. Si bien los mecanismos físicos involucrados se han estudiado por separado y se entienden bien en un entorno controlado, la interacción exacta de la dinámica de fluidos, la termodinámica, las reacciones químicas, la liberación de calor y la acústica, que finalmente conducen a inestabilidades, aún no se conoce. Este artículo se centra en la investigación de la interacción llama-acústica en un modelo de cámara de combustión utilizando métodos de simulación de vórtices desprendidos (DES). Presentamos resultados de simulación para un nuevo punto de carga de la cámara de combustión H de DLR Lampoldshausen y exploramos la respuesta de la llama a la excitación externa resonante y no resonante. En la primera parte del artículo, utilizamos resultados promediados en el tiempo de un campo de flujo en estado estacionario sin excitación de sirena para calcular los modos propios de Helmholtz de la cámara de combustión y los comparamos con los resultados experimentales. La segunda parte del artículo presenta resultados de simulación a una frecuencia de excitación no resonante. Estos resultados coinciden muy bien con los resultados experimentales en la misma condición, aunque la simulación numérica sobreestima sistemáticamente las amplitudes de oscilación. En la tercera parte, mostramos que una simulación con excitación de sirena resonante puede reproducir correctamente el desplazamiento en las frecuencias de los modos propios que también se observa en los experimentos. Además, para este nuevo punto de carga, confirmamos resultados numéricos anteriores que muestran una fuerte influencia de la excitación transversal en la forma de los núcleos densos de LOx. Este trabajo también propone un método de bombardeo para determinar las frecuencias de los modos propios resonantes basado en un DES en estado estacionario no excitado simulando la decadencia de un fuerte pulso de presión artificial dentro de la cámara de combustión.