Dinámica de Fluidos Computacional y Optimización Basada en Adjunto de un Combustor Supersónico para una Mayor Eficiencia
Autores: Rovira Sala, Carola; Jalaei Poustian, Nazanin; Hoste, Jimmy-John O. E.; Józsa, Tamás István
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
2025
Dinámica de Fluidos Computacional y Optimización Basada en Adjunto de un Combustor Supersónico para una Mayor Eficiencia
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Métodos de optimización
Basado en adjuntos
Mezcla
Eficiencias de combustión
Combustor supersónico
Vehículo hipersónico
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
Los métodos de optimización basados en adjuntos, que anteriormente estaban en el ámbito de la investigación en dinámica de fluidos computacional (CFD), ahora están disponibles en software comercial. Este trabajo explora el uso de la optimización basada en adjuntos para maximizar la mezcla y la eficiencia de combustión en un combustor supersónico. Para ello, se consideró un combustor bidimensional con inyección paralela de hidrógeno. Se llevaron a cabo simulaciones basadas en las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds en estado estacionario y la optimización se realizó utilizando un campo escalar pasivo simplificado en lugar del problema completo de flujo reactivo. Se considera la optimización de un elemento de mezcla en forma de triángulo, además de un caso que permite la deformación de toda la parte inferior del combustor. El relativamente pequeño elemento de mezcla no pudo aumentar significativamente la eficiencia. En comparación, la optimización de la pared del combustor resultó en ganancias tanto en la eficiencia de mezcla como en la de combustión, acompañadas de una penalización por pérdida de presión total. La optimización logró una mayor eficiencia en comparación con la línea base al extender el volumen total de la zona de reacción. Los resultados presentados como prueba de concepto son relevantes para el diseño de sistemas de propulsión de vehículos hipersónicos, como los scramjets.
Descripción
Los métodos de optimización basados en adjuntos, que anteriormente estaban en el ámbito de la investigación en dinámica de fluidos computacional (CFD), ahora están disponibles en software comercial. Este trabajo explora el uso de la optimización basada en adjuntos para maximizar la mezcla y la eficiencia de combustión en un combustor supersónico. Para ello, se consideró un combustor bidimensional con inyección paralela de hidrógeno. Se llevaron a cabo simulaciones basadas en las ecuaciones de Navier-Stokes promediadas en Reynolds en estado estacionario y la optimización se realizó utilizando un campo escalar pasivo simplificado en lugar del problema completo de flujo reactivo. Se considera la optimización de un elemento de mezcla en forma de triángulo, además de un caso que permite la deformación de toda la parte inferior del combustor. El relativamente pequeño elemento de mezcla no pudo aumentar significativamente la eficiencia. En comparación, la optimización de la pared del combustor resultó en ganancias tanto en la eficiencia de mezcla como en la de combustión, acompañadas de una penalización por pérdida de presión total. La optimización logró una mayor eficiencia en comparación con la línea base al extender el volumen total de la zona de reacción. Los resultados presentados como prueba de concepto son relevantes para el diseño de sistemas de propulsión de vehículos hipersónicos, como los scramjets.