Estudo numérico do processo de decomposição em câmaras catalíticas de propulsores monopropelentes

• Autor(a) principal: Jenny Carolina Robledo Asencio
• Data de Publicação: 2019
• Tipo de documento: Tese
• Idioma: por
• Título da fonte: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações do INPE
• Texto Completo: http://urlib.net/sid.inpe.br/mtc-m21c/2019/12.04.15.16

Os propulsores monopropelentes são uma tecnologia de grande importância para missões espaciais de baixo empuxo. No seu desenvolvimento os testes em terra são críticos devido ao alto custo, e certas precauções que devem ser tomadas dependendo do tipo de monopropelente. Uma forma de minimização destes testes, e de otimização do projeto dos propulsores monopropelentes, é o uso de ferramentas computacionais, que permitem simular os fenômenos termoquímicos e físicos que acontecem no interior do seu leito catalítico, o componente principal. Mas a descrição do fenômeno não é trivial, já que se trata de um problema de escoamento reativo em meio poroso com envolvimento de transporte de calor e massa. Diferentes modelos analíticos e de simulação tem sido desenvolvidos na tentativa de abranger este tipo de problema, muitos deles específicos de um dado propulsor, como no caso daqueles que usam hidrazina como monopropelente e que têm sido os mais estudados, outros são focados em leitos catalíticos fixos industriais. Com base no relatado, foi desenvolvido neste trabalho um estudo teórico, com o intuito de propor um modelo, e a sua implementação num software de código aberto para fluidodinâmica computacional (CFD), chamado OpenFOAM®. O modelo propõe a separação do leito catalítico em duas regiões principais, a primeira formada pelo escoamento de gás intersticial, onde ocorre a reação homogênea, e a outra região que envolve tanto o gás na superfície das partículas catalíticas como a própria partícula catalítica, e onde acontecem as reações heterogêneas. O modelo implementado inclui o cálculo das características do meio poroso, os coeficientes de transferência de massa para diferentes espécies numa mistura de gás multicomponente, e os coeficientes de transferência de calor. A aplicação de OpenFOAM® criada foi nomeada de catalyticChamberFoamV.1. Para verificação do modelo proposto, e da respectiva implementação, foram utilizados estudos experimentais e de simulação encontrados na literatura, cujos parâmetros operacionais foram adaptados aos casos do OpenFOAM®. Algumas semelhanças foram obtidas pela simulação das condições operacionais dos trabalhos comparados. Foi verificado que o modelo permite a previsão da fração mássica das espécies químicas envolvidas nos processos catalíticos, campos de temperatura ao longo do eixo do leito catalítico e em função do tempo para um propulsor monopropelente em condição de teste em terra. Estes são parâmetros fundamentais para avaliar o desempenho, e para o aprimoramento do projeto deste tipo de propulsores.