Um estudo dos efeitos da radiação térmica e da viscosidade volumétrica em escoamentos reativos hipersônicos

Resumo

A presente proposta de pesquisa combina métodos contínuos e de partículas para investigar escoamentos hipersônicos incluindo efeitos da radiação térmica na distribuição do fluxo de calor sobre a superfície do veículo. Durante o procedimento de reentrada atmosférica, fortes ondas de choque são formadas ao redor do veículo, aumentando a conversão da energia cinética do gás em energia térmica que, por sua vez, é transferida para a superfície do veículo como calor. Em números de Mach extremos e a altas temperaturas, onde a formação do plasma também pode ocorrer, o fluxo de calor por radiação pode representar até aproximadamente 18% do fluxo de calor total, dependendo das condições de escoamento. A fim de melhorar a capacidade de previsão de cargas térmicas em veículos aeroespaciais, investigaremos os mecanismos de radiação térmica usando uma abordagem de método de partículas. Isso permitirá uma futura implementação da capacidade de fluxo de calor radiativo nas ferramentas computacionais atualmente em desenvolvimento no presente grupo de pesquisa, que modelam os escoamentos de interesse usando uma abordagem contínua. Este trabalho também abordará um estudo dos efeitos da viscosidade volumétrica em escoamentos em estado de não-equilíbrio termodinâmico sobre configurações aeroespaciais. Vários aspectos dos escoamentos hipersônicos permanecem em aberto na literatura. Por exemplo, em termos de física do escoamento, o papel do coeficiente de viscosidade volumétrica não é totalmente compreendido. A maioria dos estudos dedicados à modelagem numérica de escoamentos de gases viscosos leva em consideração apenas o coeficiente de viscosidade de cisalhamento, enquanto a viscosidade volumétrica é geralmente negligenciada, apesar do fato de que, em algumas misturas de gases, sua magnitude pode ser muito maior que a viscosidade de cisalhamento. Portanto, este estágio de pesquisa no exterior trará contribuições ao tema da reentrada atmosférica com aplicações para configurações de escoamentos mais realistas. (AU)