Análise numérica conjugada e acoplada de motores estato-reatores

Abstract

Um estudo abrangendo os fatores imperantes no processo operacional de motores estato-reatores foi realizado, desde a fundamentação teórica necessária para o desenvolvimento do caso estipulado, até a definição das condições necessárias para formulação analítica e numérica do problema. Este trabalho é fundamentado na necessidade de identificação das características de operação do motor ramjet mantido no Laboratório de Propulsão Química (CPL), como passo essencial para a determinação das margens de segurança operacional. A fundamentação teórica abordada aglutina um estudo dos princípios físicos regentes dos processos decorrentes da operação do motor no ambiente de laboratório, abrangendo o aquecedor, que simula o escoamento através do difusor, a câmara de combustão e o bocal, bem como o volume de controle interno. A partir dessa fundamentação, foi possível descrever a metodologia de resolução numérica para o fluxo de calor, adotada pelo software ANSYS tanto no meio sólido, abordado pela lei de Fourier, quanto pelo desenvolvimento do escoamento, explicitado pelas equações de Navier-Stokes. A obtenção de uma solução parte, inicialmente, de uma fundamentação teórica dos conceitos que abrangem o problema, de operação nominal do motor em regime permanente, até a concepção do estudo nos ambientes numéricos ANSYS Fluent e Mechanical. O estudo numérico foi dividido em uma simulação conjugada e uma simulação acoplada, ambas descrevendo o mesmo caso. As condições de contorno, malhas de simulação e condições de acoplamento foram estabelecidas e descritas, com a preparação de todos os subsistemas necessários para a realização da simulação acoplada, bem como o desenvolvimento da resolução conjugada no Fluent.