Dissertação
Scaling and numerical analysis of non-isothermal sloshing for space propulsion EVALUATED
O movimento de líquidos dentro de reservatórios é chamado `sloshing'. Este fenómeno é de interesse para a indústria aeroespacial, dada a prevalência de sistemas de propulsão com combustíveis líquidos em aeronaves modernas. O deslocamento dos líquidos gera forças e momentos destabilizadores que devem ser compensados pelos sistemas de controlo de atitude. Adicionalmente, quando fluidos criogénicos são utilizados, as suas elevadas sensibilidades térmicas, aliadas ao movimento do líquido, promovem a transferência de calor entre as fases gasosa e líquida. Para condições críticas, observam-se grandes flutuações de pressão, e a estabilidade estrutural do tanque pode ser comprometida. O objectivo deste trabalho foi estudar a problemática de `sloshing' não-isotérmico e investigar se um modelo de laboratório de pequena-escala consegue reproduzir os fenómenos observados em tanques de combustíves criogénicos de foguetões modernos. A análise é realizada através de simulações numéricas com o software OpenFOAM. As taxas de amortecimento, posição da interface, forças e momentos gerados são analisados, e a semelhança no movimento é comparada entre ambas as instalações. O problema da destratificação térmica é estudado para diferentes campos térmicos iniciais, diferentes excitações externas e diferentes condições térmicas das paredes do tanque. Para condições de sloshing linear, o comportamento mecânico do escoamento, bem como a evolução termodinâmica do sistema, foram semelhantes para ambas as instalações. Contudo, observou-se que, apesar de a instalação em tamanho-real não ter sido muito afetada pela presença de fluxos-térmicos normais às paredes do tanque, o modelo em pequena-escala foi significativamente afetado, revelando diferenças nas evoluções da pressão e temperatura dos sistemas.
outubro 6, 2020, 14:0
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