Dissertação

State-to-State Transport in Hypersonic Entry Flows EVALUATED

O presente trabalho propõe-se a analisar escoamentos hipersónicos em desequilíbrio, em torno de veículos de entrada atmosférica. O desenho destes veículos e dos respectivos sistemas de proteção térmica requere a modelação adequada dos fenómenos de transporte a alta temperatura. Nesta tese, os processos de dissociação e de relaxação para a transferência de energia vibracional são tratados utilizando uma abordagem cinética state-to-state. Um estudo numérico do escoamento de azoto a alta velocidade em torno de uma esfera foi realizado com o objectivo de avaliar o impacto da implementação de coeficientes de transporte numa abordagem state-to-state, no código SPARK. Duas aproximações foram consideradas utilizando o modelo Gupta-Yos: uma transposição directa das propriedades de transporte macroscópicas para cada estado interno, e a mesma transposição multiplicada por um factor correctivo, considerando o aumento das secções de colisão para moléculas vibracionalmente excitadas. Consideraram-se vários modelos aerotermodinâmicos: Euler state-to-state e Navier-Stokes state-to-state, uma-temperatura e duas-temperaturas. A inclusão de fenómenos de transporte na abordagem state-to-state (Navier–Stokes vs. Euler) resultou em variações das propriedades do escoamento mais suaves, traduzido num pico de temperatura 15% inferior com uma posição do choque aproximadamente igual. Comparando a simulação Navier-Stokes state-to-state com a simulação a duas-temperaturas, a primeira abordagem resultou num choque mais afastado da parede e num pico de temperature superior, em 10% e 5%, respectivamente. Contudo, o impacto do modelo State-Dependent Collisional Cross-Section revelou-se desprezável, em conformidade com assumpções da literatura. Os efeitos dos processos de dissociação e de excitação vibracional revelaram-se mais acentuados para temperaturas a montante mais elevadas.
Reentrada, Hipersónico, Transporte, State-to-State

Setembro 13, 2018, 14:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

ORIENTADOR

Maria Luís Grácio Bilro Castela

Instituto de Plasmas e Fusão Nuclear (IPFN)

ORIENTADOR

Mário António Prazeres Lino da Silva

Departamento de Física (DF)

Professor Auxiliar Convidado