Projecte llegit
Títol: Simulation of frozen and shifting equilibrium expansion in rocket nozzle
Director/a: BRUNA ESCUER, PERE
Departament: FIS
Títol: Simulation of frozen and shifting equilibrium expansion in rocket nozzle
Data inici oferta: 05-09-2019 Data finalització oferta: 05-09-2019
Estudis d'assignació del projecte:
GR ENG SIST AEROESP
| Tipus: Individual | |
| Lloc de realització: ERASMUS | |
| Paraules clau: | |
| Simulation of frozen and shifting equilibrium expansion in rocket nozzle | |
| Descripció del contingut i pla d'activitats: | |
| El propósito de este trabajo es el desarrollo de un modelo para estudiar el campo de flujo en cohetes de propulsión aeroespacial. El objetivo es obtener un modelo para comparar entre el flujo en la “composición congelada” o el equilibrio químico.
Se han implementado y probado varios modelos físicos como las ecuaciones de Euler y algunos métodos matemáticos como el método de Newton. Los resultados numéricos se han comparado con los resultados teóricos para verificar el correcto desarrollo del modelo. Este trabajo se ha dividido en 4 partes principales. En la primera parte, se presenta una introducción de los principales tipos de motores de cohetes, el rendimiento general de estos motores como el impulso específico y el empuje neto y las principales ventajas y desventajas para comprender el contexto del trabajo. En la segunda parte se explican los modelos numéricos como las ecuaciones de Euler y el método de Newton. En la tercera parte, los resultados numéricos se comparan con los teóricos como la balística dentro de la tobera, las soluciones después de introducir el código CEA o la diferencia de temperatura entre el equilibrio químico y la “composición congelada”, para verificar que el modelo sea correcto y en la última parte se presentan algunas posibles ampliaciones del trabajo para agregar la fuente externa de masa adicional desde la superficie del combustible sólido. Al final del trabajo se agregan algunas conclusiones para resumir los conceptos principales que se han extraído del estudio al desarrollar este trabajo. El código del trabajo se ha desarrollado en Fortran, sin embargo, para visualizar los resultados se ha utilizado Matlab. En conclusión, este modelo para estudiar los cohetes de propulsión aeroespacial se ha desarrollado con varios submodelos, cada uno de ellos con un estudio profundo en física y matemáticas y se compara con datos teóricos bien conocidos y resultados experimentales para verificar que todo funcione correctamente. |
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| Overview (resum en anglès): | |
| The purpose of this work is the development of a model to study the flow field in aerospace propulsion rockets. The goal is to obtain a model to compare between the flow in frozen composition or chemical equilibrium.
Several physical models have been implemented and tested like Euler equations and some mathematical methods like the Newton’s method. The numerical results have been compared to theoretical results to check the correct development of the model. This work has been divided in 4 main parts. In the first part an introduction of the main types of rocket motors, overall performance of rocket engines like the specific impulse and the net thrust and main advantages and disadvantages have been presented in order to understand the context of the work. In the second part the numerical models like the Euler equations and the Newton’s method are explained. In the third part numerical results are compared with theoretical ones like the ballistics inside the nozzle, the solutions after introducing the CEA code or the temperature difference between chemical equilibrium and frozen composition, to check that the model is correct and in the last part some future ampliations of the work are presented to add the external mass source addition from the solid fuel surface. At the end of the work some conclusions are added to summarize the main concepts understand from the study to develop this work. The code of the work has been developed in Fortran, however to visualize the results Matlab has been used. In conclusion this model to study the aerospace propulsion rockets has been developed with several sub-models, each of one has been developed with a deep study in physics and mathematics and compared to well know theoretical data and experimental results to check everything is working correctly. |
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