Modelagem e análise numérica de um sistema de ignição do tipo tocha baseado na combustão CH4/O2

Abstract

Os foguetes utilizam de sistemas propulsivos para gerar a força necessária requerida pela missão. Essa força é obtida, na grande maioria dos foguetes, por meio da propulsão química, a qual usa reações químicas para aumentar a energia interna do gás e essa energia é, então, transformada em energia cinética pela tubeira. Para ocorrer a combustão é necessário um ignitor para proporcionar a temperatura de ignição dos propelentes. Com o intuito de aprimorar os sistemas de ignição necessita-se de vários testes experimentais que tem um custo elevado. O Fluido Dinâmico Computacional (CFD) é largamente empregada hoje em dia para a redução dos gastos. Utilizando simulações numéricas pode-se prever o comportamento do motor que está sendo estudado e, assim, reduzir o número final de protótipos a serem desenvolvidos. O presente trabalho analisa numericamente a combustão CH4/O2 dentro do ignitor do tipo tocha produzido pelo grupo de propulsão da UnB-FGA. Para tanto, foram realizados cálculos preliminares no software CEA® e simulações no Fluent Ansys®. Os valores de temperaturas obtidos nos primeiros cálculos divergiram dos valores experimentais, mas os cálculos foram importantes para demonstrar o comportamento das temperaturas e das concentrações das espécies químicas e, então, determinar parâmetros iniciais para a simulação. Então, o ignitor foi simulado para diferentes valores de razões equivalentes, chegando à conclusão que quanto maior o Φ, mais elevado é a eficiência da combustão e o fluxo de calor, entretanto Φ menores apresentam maiores temperaturas e respeitam a propriedade de auto resfriamento do ignitor.