ESTUDO NUMÉRICO DO ESCOAMENTO E DAS CARACTERÍSTICAS PROPULSIVAS DO CONJUNTO COMBUSTOR-BOCAL DE UM SCRAMJET OPERANDO A HIDROGÊNIO
THALES COELHO LEITE FAVA1; HELCIO FRANCISCO VILLA NOVA1
1 Universidade Federal de Itajubá
doi:10.20906/CPS/CON-2016-0163
Resumo
Meios eficientes de se alcançar velocidades hipersônicas são cada vez mais procurados. O sistema de propulsão Scramjet é atualmente o mais cotado para tal finalidade, pois não requer o transporte de agente oxidante. Ainda, seu impulso específico é o maior dentre os sistemas a ar-aspirado para velocidades hipersônicas. Esta pesquisa foca-se na análise numérica do escoamento reativo supersônico no conjunto combustor-bocal de um modelo de Scramjet movido a hidrogênio. Objetivou-se o estudo do escoamento e da performance propulsiva deste conjunto para que futuras otimizações geométricas possam ser implementadas. Estas otimizações visam responder a dois dos maiores desafios no projeto de um combustor Scramjet: o aumento da eficiência de combustão e a redução das perdas do escoamento. Nesta pesquisa, modelou-se numericamente a geometria do combustor e bocal, de forma aproximadamente bidimensional. Este combustor faz uso dos conceitos de injeção transversal, injetor em rampa e cavidade para estabilização de chama. Gerou-se uma malha estruturada com o software ICEM. As equações de Navier-Stokes foram resolvidas com abordagem RANS e URANS, fazendo-se uso do software CFX. Utilizou-se os modelos de turbulência SST e de combustão Eddy Dissipation. Demonstrou-se que o escoamento no interior deste combustor é constituído por um núcleo "frio", em que os efeitos da combustão são sentidos em menor escala, contornado por uma região reativa, próxima das paredes. Constatou-se que a razão de equivalência local da mistura combustível-ar pode atingir valores muito superiores aos da razão de equivalência global na região reativa devido à deficiência no processo de mistura. Portanto, a razão de equivalência global não descreve corretamente o comportamento do combustor. Mostrou-se que a multirreflexão da onda de choque gerada pela rampa da parede superior gerava picos de pressão na parede inferior. O maior pico foi causado pela soma deste efeito com o recolamento da camada cisalhante, após o bordo de fuga da cavidade. Comprovou-se que o e
Palavras-chave: Scramjet; Combustão supersônica; Simulação numérica de escoamentos reativos