{pt_PT=An improved aerothermal database for hypervelocity air flows up to 25 km/s} {} EVALUATED

Detalhes: {pt=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., en=For hypervelocity flows above 10 km/s, the strong bow-shock wave converts the flow coherent energy into thermal agitation energy. Most of this energy is then transferred into the gas species internal modes or consumed through endothermic processes. Simulating higher velocities contributes to the understanding of hypersonic high-temperature flows and paves the way for these velocities to be considered for Space missions. This work aims to simulate extreme velocities using the SPARK CFD code, by including the necessary enhancements to its aerothermal database. For a ram pressure of 0.1 MPa, the simulations were typically limited to velocities lower than 14 km/s, as the thermodynamic properties used were fitted only up to 20 000 K. Accordingly, these have been updated, extending their validity to 100 000 K. Atomic and molecular species internal levels spectroscopic data was compiled, with reconstruction of molecular potential curves and determination of the corresponding rovibronic levels. Partition functions were calculated and the determined thermodynamic properties were compared to other databases, validating the implementation. The impact of adding double and triple ionization for atoms was evaluated. For velocities higher than 18 km/s, single ionization is capped and double is required, as it becomes an important energy loss term, significantly decreasing the temperatures at the shock layer. Velocities up to 25 km/s were simulated, with triple ionization found to not impact the flowfield significantly, as double ionization is not yet capped. Nevertheless, its inclusion is recommended, as it increases the simulations' fidelity and might become necessary for higher velocities.}

Discussão: julho 19, 2022, 11:0

Publicação

Obra sujeita a Direitos de Autor

Orientação

AUTOR

Gabriela Almeida Gomes (ist186632)

ORIENTADOR

Mário António Prazeres Lino da Silva

Departamento de Física (DF)

Professor Auxiliar Convidado