Simulação numérica como ferramenta de projeto de injetores Pintle para motores de foguete líquido

Abstract

A investigação do processo de atomização de um injetor desempenha um papel crucial na indústria aeroespacial durante o projeto de motores. Modelar numericamente a atomização do injetor é uma tarefa complexa. Ao empregar abordagem híbrida Volume de Fluído para o Modelo de fase discreta, integrada ao modelo de turbulência híbrido Stress-Blended Eddy Simulation, que combina Reynolds-Averaged Navier-Stokes e Large Eddy Simulation, juntamente com Refinamento Adaptativo de Malha, é possível simular atomização totalmente desenvolvida. Esta metodologia que permite que custos computacionais sejam reduzidos mantendo boa precisão dos resultados foi aplicada ao projeto de um injetor pintle de área de injeção variável para aplicação em um motor de foguete a propelente líquido. A abordagem de dinâmica dos fluidos computacional forneceu uma serie de resultados significativos, como a topologia do escoamento, campos de velocidade e distribuição de tamanho de gotas, resultando em Diâmetros Médios de Sauter para condições de operação parcial e total do injetor. A metodologia numérica foi validada por meio de dados experimentais, cálculos teóricos e dados da literatura, avaliando parâmetros como o ângulo do cone de spray, velocidades de injeção e distribuição de gotas, validando, assim, a abordagem numérica e o projeto do atomizador