Modelagem e simulação numérica da combustão metano/oxigênio em um ignitor do tipo tocha

• Autor(es): Gomes, Carlos Henrique Silva
• Data: 2021
• Origem: Oasisbr
• Assunto(s): Propulsores; Propulsão espacial; Combustível - consumo
• Tipo de Documento: Monografia de licenciatura
• Idioma: Português

Descrição

Trabalho de Conclusão de Curso (graduação)–Universidade de Brasília, Faculdade UnB, Gama, 2020.

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A propulsão híbrida vem ganhando cada vez mais notoriedade como uma alternativa em diversos projetos de aeroespacial, devido a suas vantagens de custo e complexidade diante de outros modelos propulsivos. Devido a isso, o Chemical Propulsion Laboratory, CPL, da Universidade de Brasília, vêm conduzindo pesquisas dentro dessa área e já vem aplicando essa tecnologia em projetos atuais, como a plataforma SARA, um satélite de reentrada atmosférica, que possui o objetivo de realizar experimentos em ambiente de microgravidade. O desenvolvimento de um motor desse tipo, com a função de iniciar a reentrada desta plataforma, trouxe consigo vários desafios e inovações, dentre eles, o desenvolvimento de um sistema de ignição que fosse viável e eficiente não só para esse projeto, mas também para outros motores do laboratório. O ignitor em questão é do tipo tocha e faz o uso de metano e oxigênio, como combustível e oxidante. No seu projeto, é de extrema importância a caracterização da sua chama para validar sua eficácia. Esse estudo será através de Computational Fluid Dynamics, CFD, uma ferramenta de extrema importância hoje na indústria, devido a sua facilidade e baixo custo em relação a experimentos reais. O trabalho a seguir, além de realizar um apanhado teórico acerca dessa combustão, realizará diversas simulações com intuito de comparar e validar mecanismos de reações, estudar o atraso de ignição e por fim, comparar o desempenho do ignitor com duas configurações de injetor.

Hybrid propulsion is gaining more and more notoriety as an alternative in various aerospace projects, due to its cost and complexity advantages over other propulsive models. Because of this, the Chemical Propulsion Laboratory, CPL, from the University of Brasília, has been conducting research in this area and has already been applying this technology in current projects, such as the SARA platform, an atmospheric reentry satellite, which has the objective of carrying out experiments in a microgravity environment. The development of such an engine, with the function of initiating the re-entry of this platform, brought with it several challenges and innovations, among them, the development of an ignition system that was viable and efficient not only for this project, but also for others laboratory engines. The ignitor in question is of the torch type and uses methane and oxygen as fuel and oxidizer. In your project, it is extremely important to characterize your flame to validate its effectiveness. This study will be through Computational Fluid Dynamics, CFD, an extremely important tool in the industry today, due to its ease and low cost in relation to real experiments. The work to next, in addition to performing a theoretical overview of this combustion, it will carry out several simulations in order to compare and validate reaction mechanisms, study the ignition delay and finally, compare the ignitor performance with two injector configurations.