Análise do fluxo na tubeira de um foguete durante o processo de ablação

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Silva, Márcia Aline Ribeiro
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Trabalho de conclusão de curso
Idioma: por
Título da fonte: Biblioteca Digital de Monografias da UnB
Texto Completo: http://bdm.unb.br/handle/10483/20757
Resumo: Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, 2018.
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spelling Silva, Márcia Aline RibeiroShynkarenko, OlexiySILVA, Márcia Aline Ribeiro. Análise do fluxo na tubeira de um foguete durante o processo de ablação. 2018. 69 f. Trabalho de Conclusão de Curso (Bacharelado em Engenharia Aeroespacial)—Universidade de Brasília, Brasília, 2018.http://bdm.unb.br/handle/10483/20757Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, 2018.O motor de desaceleração para a plataforma orbital SARA, projetado pelo laboratório de propulsão hibrida da universidade de Brasília precisa passar por testes estáticos em bancadas de teste experimentais, a fim de verificar o seu funcionamento. Conforme os testes foram sendo realizados, foi observado que a tubeira do motor sofre desgastes, principalmente na parte da garganta, onde é mais visível esse fenômeno. Este fenômeno é conhecido como ablação e possui um efeito negativo nos motores de foguete hibrido e se torna um fator que dificulta o avanço da propulsão híbrida, pois prejudica a performance do motor. Outro fenômeno que está presente durante os testes do motor, são ondas de choque no interior da tubeira, o que também prejudica a performance como também o material da tubeira, pois a onda de choque causa estresses térmicos no ponto onde ela ocorre. Portanto este trabalho tem como objetivo estudar o fluxo no interior da tubeira, diante desses fenômenos que ocorrem durantes os testes em solo. Para isso foram realizadas simulações para se obter a descrição completa do fluxo na tubeira com ondas de choque e foi estabelecido um método capaz de prever a erosão no material da tubeira. A reação heterogênea entre o carbono sólido da superfície e as espécies oxidantes contidas no gás resultando da combustão, tais como H2O, CO2, OH, O e O2, é a principal causa da erosão. Essas reações consomem o carbono sólido o oxidando em COg. Os resultados obtidos utilizando o modelo termoquímico de erosão utilizado são comparados com os resultados experimentais, obtidos analisando as partes do motor utilizadas em testes. Foi possível observar que os resultados entre as observações experimentais e o modelo teórico são próximos com a maior taxa de erosão ocorrendo na garganta com valores próximos de 0.13mm/s. A espécie oxidante que mais influência no resultado final da erosão é o H2O, resultado que concorda com outros estudos nesta área. Além disso como previsto para esse tipo de operação, com a simulação numérica foi possível observar a presença de uma onda de choque no interior da parte divergente da tubeira. Os testes experimentais revelam que a onda de choque provoca a falha do material da tubeira, por conta das elevadas temperaturas. A mudança provocada na geometria por conta da erosão do material, provocam também mudanças no fluxo, em que após 41s de funcionamento do motor, a onda de choque na tubeira aparece próxima a garganta da tubeira e os valores de pressão e velocidade são reduzidos.Submitted by Luanna Maia (luanna@bce.unb.br) on 2018-10-02T15:14:28Z No. of bitstreams: 3 license_text: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2018_MarciaAlineRibeiroSilva_tcc.pdf: 2957803 bytes, checksum: 0afe0e8599ace1d69eab010691956543 (MD5)Approved for entry into archive by Luanna Maia (luanna@bce.unb.br) on 2018-10-02T15:14:44Z (GMT) No. of bitstreams: 3 license_text: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) 2018_MarciaAlineRibeiroSilva_tcc.pdf: 2957803 bytes, checksum: 0afe0e8599ace1d69eab010691956543 (MD5)Made available in DSpace on 2018-10-02T15:14:44Z (GMT). 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Another phenomenon that is present during engine tests is the presence of shock waves inside the nozzle, which also affect the performance as well causes damages in the material of the nozzle, because the shock wave causes thermal stresses at the point where it occurs. Therefore, this work has the objective to study the flow inside the nozzle, in face of these phenomena that occur during the soil tests. For this, simulations were performed to obtain the complete description of the flow in the nozzle with shock waves and a method was established to predict erosion in the nozzle material. The heterogeneous reaction between the surface solid carbon and the oxidant species contained in the gas resulting from the combustion, such as H2O, CO2, OH, O and O2, is the main cause of erosion. These reactions consume the solid carbon and oxidize it in COg. The results obtained using the thermochemical erosion model are compared with the experimental results obtained by analyzing the motor parts used in the tests. It was possible to observe that the results between the experimental observations and the theoretical model are similar with the highest erosion rate occurring in the throat with values close to 0.13mm/s. The oxidizing species that most influence in the final erosion result is H2O, a result that agrees with other studies in this area. In addition, as predicted for this type of operation, with the numerical simulation it was possible to observe the presence of the shock wave inside the divergent part of the nozzle. Experimental tests show that the shock wave causes the nozzle material to fail because of the high temperatures but does not influence the erosion results by the thermochemical model. The change in geometry due to material erosion also causes changes in the flow, in which after 41s of engine operation, the shock wave in the nozzle appears near the throat of the nozzle and the values of pressure and velocity are reduced.Motores de foguetesAnálise do fluxo na tubeira de um foguete durante o processo de ablaçãoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/bachelorThesis2018-10-02T15:14:44Z2018-10-02T15:14:44Z2018-06-29info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Biblioteca Digital de Monografias da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNBLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain1817http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/20757/5/license.txt21554873e56ad8ddc69c092699b98f95MD55CC-LICENSElicense_urllicense_urltext/plain49http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/20757/2/license_url4afdbb8c545fd630ea7db775da747b2fMD52license_textlicense_textapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/20757/3/license_textd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD53license_rdflicense_rdfapplication/octet-stream0http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/20757/4/license_rdfd41d8cd98f00b204e9800998ecf8427eMD54ORIGINAL2018_MarciaAlineRibeiroSilva_tcc.pdf2018_MarciaAlineRibeiroSilva_tcc.pdfapplication/pdf2957803http://bdm.unb.br/xmlui/bitstream/10483/20757/1/2018_MarciaAlineRibeiroSilva_tcc.pdf0afe0e8599ace1d69eab010691956543MD5110483/207572018-10-02 12:14:44.169oai:bdm.unb.br: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Biblioteca Digital de Monografiahttps://bdm.unb.br/PUBhttp://bdm.unb.br/oai/requestbdm@bce.unb.br||patricia@bce.unb.bropendoar:115712018-10-02T15:14:44Biblioteca Digital de Monografias da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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