Regímenes de Combustión en Llamas Turbulentas No Mezcladas para Propulsión Espacial
Autores: Martinez-Sanchis, Daniel; Sternin, Andrej; Haidn, Oskar; Tajmar, Martin
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2023
Acceso abierto
Artículo científico
2023
Regímenes de Combustión en Llamas Turbulentas No Mezcladas para Propulsión Espacial
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Aeroespacial
Palabras clave
Simulaciones numéricas
Llamas no premixed
Propulsores gaseosos
Mezcla turbulenta
Dinámica de combustión
Llamas de difusión turbulenta
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 17
Citaciones: Sin citaciones
Se realizan simulaciones numéricas directas de llamas de metano-oxígeno ricas en combustible no premixadas a 20 bar para investigar la quema de propulsores gaseosos en motores de cohetes. El flujo reactante se simula utilizando un solucionador EBI-DNS dentro de un marco OpenFOAM. El transporte de especies se resuelve con química de tasa finita utilizando un mecanismo esquelético complejo que implica 21 especies. Se consideran dos llamas diferentes a números de Reynolds bajos y altos para estudiar la sensibilidad de la dinámica de la llama a la turbulencia. Se utilizan marcadores de régimen para medir la probabilidad de que el flujo queme en condiciones premixadas y no premixadas en diferentes regiones. Se estudian las estadísticas de liberación de calor local para comprender los factores en el desarrollo de la llama de difusión turbulenta. A pesar de la configuración no premixada eminente, una cantidad significativa de combustión tiene lugar en condiciones premixadas. La combustión premixada es viable tanto en regiones pobres como ricas en combustible, relativamente lejos de la línea estequiométrica. Se ha encontrado que un aumento de la energía cinética turbulenta es perjudicial para la combustión en condiciones premixadas ricas en combustible. Esto se debe a la interrupción del frente de llama premixada local, que promueve el transporte de combustible hacia la llama de difusión. Además, en posiciones aguas abajo, una mayor turbulencia permite la advección de metano hacia el núcleo pobre de la llama, aumentando las tasas de combustión en estas regiones. Por lo tanto, el efecto principal de la turbulencia es aumentar la fracción de propulsores quemados en condiciones ricas en oxígeno y casi estequiométricas. En consecuencia, la fracción de mezcla de los productos se desplaza hacia condiciones pobres, influyendo en la finalización de la combustión en posiciones aguas abajo.
Descripción
Se realizan simulaciones numéricas directas de llamas de metano-oxígeno ricas en combustible no premixadas a 20 bar para investigar la quema de propulsores gaseosos en motores de cohetes. El flujo reactante se simula utilizando un solucionador EBI-DNS dentro de un marco OpenFOAM. El transporte de especies se resuelve con química de tasa finita utilizando un mecanismo esquelético complejo que implica 21 especies. Se consideran dos llamas diferentes a números de Reynolds bajos y altos para estudiar la sensibilidad de la dinámica de la llama a la turbulencia. Se utilizan marcadores de régimen para medir la probabilidad de que el flujo queme en condiciones premixadas y no premixadas en diferentes regiones. Se estudian las estadísticas de liberación de calor local para comprender los factores en el desarrollo de la llama de difusión turbulenta. A pesar de la configuración no premixada eminente, una cantidad significativa de combustión tiene lugar en condiciones premixadas. La combustión premixada es viable tanto en regiones pobres como ricas en combustible, relativamente lejos de la línea estequiométrica. Se ha encontrado que un aumento de la energía cinética turbulenta es perjudicial para la combustión en condiciones premixadas ricas en combustible. Esto se debe a la interrupción del frente de llama premixada local, que promueve el transporte de combustible hacia la llama de difusión. Además, en posiciones aguas abajo, una mayor turbulencia permite la advección de metano hacia el núcleo pobre de la llama, aumentando las tasas de combustión en estas regiones. Por lo tanto, el efecto principal de la turbulencia es aumentar la fracción de propulsores quemados en condiciones ricas en oxígeno y casi estequiométricas. En consecuencia, la fracción de mezcla de los productos se desplaza hacia condiciones pobres, influyendo en la finalización de la combustión en posiciones aguas abajo.