Estudo numérico de escoamentos hipersônicos sobre corpos de reentrada

• Processo: 00/13512-0
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Jovens Pesquisadores
• Data de Início da vigência: 01 de abril de 2002
• Data de Término da vigência: 31 de janeiro de 2005
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Mecânica - Fenômenos de Transportes
• Pesquisador responsável: Carlos Alberto Rocha Pimentel
• Beneficiário: Carlos Alberto Rocha Pimentel
• Instituição Sede: Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento (IP&D). Universidade do Vale do Paraíba (UNIVAP). São José dos Campos , SP, Brasil
• Assunto(s): Fenômenos de transporte Plasma (microeletrônica) Transporte de quantidade de movimento Escoamento hipersônico
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Cfd | Corpos De Reentrada | Escoamento Hipersonico | Escoamento Reativo | Escoamento Viscoso | Plasma
• Publicação FAPESP: https://media.fapesp.br/bv/uploads/pdfs/Investindo...pesquisadores_465_316_316.pdf

Resumo

O trabalho a ser desenvolvido em uma instituição emergente (UNIVAP) tem com (objetivo calcular o campo de escoamento hipersônico em tomo de veículos e cápsulas, ditos de reentrada, considerando os efeitos de gases reais. Inicialmente serão utilizadas as equações de Euler em um contexto axissimétrico para a obtenção do campo de escoamento. Para obtenção deste campo de escoamento é essencial que o código computacional seja robusto o suficiente para capturar as fortes discontinuidades inerente a este tipo de escoamento. O esquema de discretização espacial escolhido para este trabalho é o esquema de separação de vetores de fluxos conhecido como AUSM+ (Advection Upstream Splitting Metrod) de Liou, de segunda ordem de precisão. Neste esquema, os vetores de fluxos não viscosos são formados a partir de uma separação em termos de número de Mach e pressão, considerando-se os estados à direita e à esquerda de uma determinada interface. O presente trabalho utiliza o esquema de marcha no tempo de Runge-Kutta. Este algoritmo é explícito, com cinco estágios e é de segunda ordem de precisão temporal. As equações serão discretizadas num contexto de volumes finitos, utilizando malhas não estruturadas formadas por elementos triangulares. Para uma boa captura dos fenômenos físicos, será utilizado um procedimento de refinamento adaptativo de malha. Neste caso, um sensor numérico baseado em gradiente de propriedades físicas do escoamento determinará as regiões a serem refinadas, de cinética química a ser utilizado considera as seguintes espécies químicas: O2, N2, O, N, NO, e suas devidas reações de combinação, dissociação e ionização. O uso destes mecanismos químicos é necessário para obtenção de predições corretas para as diferentes escalas de tempo e/ou comprimento, presentes no campo de escoamento reativo, bem como suas variações com as condições de fluxo. A utilização da hipótese de que o fluido possui um comportamento de gás real permite que a posição da onda de choque seja determinada com maior precisão, visto que os corpos de reentrada estão sujeitos, ao entrar na atmosfera, à presença de fenômenos característicos de gases reais. Além disso, as distribuições de pressão e temperatura são mais precisas, se comparadas aos resultados obtidos pela simulação de gás ideal, já que o cálculo destas duas propriedades é de extrema importância para o projeto estrutural e de proteção térmica dos veículos de reentrada. Como continuação do projeto, o campo de escoamento hipersônico obtido em torno de um veículo de reentrada será calculado utilizando as equações de Navier-Stokes. Para isto será utilizado o mesmo esquema numérico para o cálculo do escoamento não viscoso. Em conjunto com as equações de Navier-Stokes será feito no código, a implementação de um modelo de turbulência. Cabe aqui citar, que a implementação do código viscoso será feita a princípio em um contexto de malha estruturada. É importante citar que este projeto faz parte de um projeto global de nucleação de um grupo de pesquisa no Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento -IP&D localizado na Universidade do Vale do Paraíba - UNIVAP, que se caracteriza como centro de pesquisa emergente. (AU)