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La Aplicación de la Termodinámica Computacional de Fluidos a la Simulación de la Balística Interna de Cohetes Híbridos con Combustibles Clásicos o Líquidos: Una Revisión

Autores: Di Martino, Giuseppe Daniele; Carmicino, Carmine; Mungiguerra, Stefano; Savino, Raffaele

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2019

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Acceso abierto

Artículo científico
2019

La Aplicación de la Termodinámica Computacional de Fluidos a la Simulación de la Balística Interna de Cohetes Híbridos con Combustibles Clásicos o Líquidos: Una Revisión


Categoría

Ingeniería y Tecnología

Subcategoría

Ingeniería Aeroespacial

Palabras clave

Dinámica de fluidos computacional
Cohete híbrido
Balística interna
Modelos termo-fluidodinámicos
Tasa de regresión del combustible
Análisis de datos experimentales

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 14

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La dinámica de fluidos computacional de la balística interna de cohetes híbridos se está convirtiendo en una herramienta clave para reducir las incertidumbres en la operación del motor y los costos de desarrollo, así como para mejorar el análisis de datos experimentales. Sin embargo, su aplicación aún presenta numerosos desafíos debido a la complejidad de modelar los fenómenos involucrados en el mecanismo de consumo de combustible y su acoplamiento con el campo de flujo químicamente reactante. Este artículo presenta una revisión de los modelos termo-fluidodinámicos computacionales desarrollados para la balística interna de cohetes híbridos que queman oxígeno gaseoso con combustibles poliméricos clásicos o a base de parafina, con un enfoque especial en la interacción entre el fluido y la superficie del combustible sólido. Con el propósito de predecir la tasa de regresión del combustible local, que es el principal parámetro necesario para el diseño del cohete híbrido, el modelo se acopla con un tratamiento mejorado de la interfaz gas/superficie basado en balances locales de masa, energía y fracción media de mezcla, combinado ya sea con una ecuación de tasa de pirólisis en el caso de polímeros clásicos, o con una ecuación adicional para la fracción de arrastre de parafina líquida de la tasa total de consumo de combustible. Se simulan una serie de casos de prueba experimentales obtenidos de la combustión estática de dos cohetes de laboratorio de diferentes escalas para determinar las capacidades de los modelos, mostrando muy buena concordancia entre las tasas de regresión de combustible calculadas y medidas con combustibles tanto estándar de pirólisis como de licuefacción. La predicción de la presión de la cámara medida con combustible de parafina resultó ser más complicada para la suposición de flujo de fase única. Se discuten las ventajas y limitaciones de los modelos.

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