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Dissertação

An improved aerothermal database for hypervelocity air flows up to 25 km/s EVALUATED

Detalhes: Em escoamentos com velocidades acima de 10 km/s, ondas de choque convertem a energia coerente do escoamento em energia térmica de agitação interna. A maior parte desta energia é depois transferida para os modos internos das espécies ou consumida em processos endotérmicos. Simular altas velocidades contribui para a compreensão de escoamentos hipersónicos a altas temperaturas e para que estas possam ser consideradas em missões espaciais. Este trabalho pretende simular velocidades extremas usando o SPARK CFD, incluindo para isso melhorias necessárias à sua base de dados aerotermodinâmica. Para uma pressão de arrasto de 0.1 MPa, simulações não ultrapassavam velocidades de 14 km/s, já que as propriedades termodinâmicas usadas tinham sido ajustadas só até 20 000 K. Assim, a sua atualização foi necessária, estendendo até 100 000 K. Dados espetroscópicos para espécies atómicas e moleculares foram compilados e usados para reconstruir curvas de potencial e determinar os níveis rovibracionais correspondentes. Funções de partição foram calculadas, sendo as propriedades termodinâmicas obtidas comparadas à literatura, validando a implementação. Avaliou-se o impacto de adicionar dupla e tripla ionização de átomos. Para velocidades superiores a 18 km/s, a ionização simples está saturada e dupla é necessária, sendo um importante termo de perda energética e diminuindo as temperaturas na camada de choque. Simularam-se velocidades até 25 km/s, em que a tripla ionização ainda não impacta significativamente o escoamento, já que a dupla ainda não está saturada. Mesmo assim, a sua inclusão é recomendada, aumentando a fidelidade das simulações e podendo ser necessária para velocidades mais elevadas.
Keywords: Hipersónico, Aerotermodinâmica, Cinética, Propriedades do Ar, Meteoróides

Discussão: julho 19, 2022, 11:0