Simulação de escoamento turbulento em um motor de foguete com o modelo de grandes escalas (LES)

Abstract

O escoamento turbulento é caracterizado por um número de Reynolds suficientemente alto no qual apresenta alta complexidade e dinamismo. Uma das formas de analisá-lo é por meio de métodos numéricos baseados em modelos de turbulência. Nesse contexto, o modelo LES (Large Eddy Simulation) é uma proposta viável, pois é baseado na modelagem física e numérica, tornando-se um intermediário entre os modelos RANS (Reynolds Averaged Navier Stokes) e DNS (Direct Numerical Simulation). Também é vantajoso porque pode ser usado em ambientes computacionalmente limitados. Este trabalho consiste na análise e obtenção dos parâmetros iniciais de simulação, condições de contorno, construção da geometria, desenvolvimento de malhas e simulações computacionais referentes ao motor de foguete auxiliar do ônibus espacial (Space Shuttle Solid Rocket Booster) que utiliza propelente sólido em seu sistema propulsivo. Após construir a geometria no ANSYS Space Claim, foram geradas quatro malhas computacionais. Três delas compostas por elementos hexaédricos e a outra por poliedros de número de lados não regulares, duas delas ainda tiveram uma restrição de 512.000 células. As malhas foram avaliadas pela razão de aspecto e métricas deskewness. Os parâmetros iniciais e condições de contorno foram obtidos usando o RPA (Rocket Propulsion Analysis) e o MATLAB. A análise das malhas mostrou resultados competitivos sobre as métricas de qualidade da literatura. Com isso, foi possível realizar as simulações computacionais que compuseram um estudo de convergência de malha, mostrando que não somente os resultados da malha mais refinada, mas os obtidos para todas as malhas analisadas puderam ser utilizados no caso de estudo definido, e sua escolha depende do custo computacional disponível e do grau de detalhamento requerido e definido em cada projeto.