Simulazione numerica in ugelli spaziali sovraespansi. = Numerical simulation in overexpanded space nozzles.

La presente tesi ha come obiettivo quello di riportare i risultati ottenuti da simulazioni numeriche relative al fenomeno della separazione dello strato limite per ugelli sovraespansi. In particolare si è analizzato come la distanza del bordo orizzontale del dominio, assunto come parete solida, dall’ugello influenzi tale fenomeno. La separazione dello strato limite è un fenomeno fluidodinamico complesso che può influenzare in modo significativo l’efficienza degli ugelli spaziali e avere un impatto negativo su di essi, causando instabilità del flusso in uscita, oscillazioni sui valori di spinta e sollecitazioni strutturali indesiderate. Questo fenomeno è rilevante negli endoreattori che operano a pressione ambiente o pressioni variabili, come i motori dei primi stadi dei lanciatori, dove il flusso all’interno dell'ugello può raggiungere pressioni inferiori a quelle dell’ambiente esterno e di conseguenza subire separazioni improvvise con ripercussioni su prestazioni e sicurezza. Per condurre lo studio, è stato impiegato il software di fluidodinamica computazionale ANSYS FLUENT, che consente di modellare con precisione situazioni in cui si verifica il fenomeno di separazione in condizioni di alta velocità. Le simulazioni sono state condotte su una geometria bidimensionale assialsimmetrica, rappresentativa di un ugello TIC (Truncated Ideal Contour), adottando un modello di turbolenza k-omega e una discretizzazione spaziale attraverso il metodo numerico "Upwind" di secondo ordine. La distanza della parete è stata variata sistematicamente per valutare il suo impatto sulla posizione del punto di separazione e sulla distribuzione della pressione lungo la parete dell’ugello. I risultati ottenuti dimostrano come la variazione della distanza della parete influenzi il comportamento del flusso, modificando la stabilità della vena fluida e alterando la posizione del punto di separazione. Le considerazioni successive, confrontate con i dati presenti in letteratura, permettono di validare le simulazioni e di identificare le grandezze responsabili del fenomeno. Questo studio fornisce informazioni che possono tornare utili per un'eventuale futura ottimizzazione degli ugelli spaziali, suggerendo possibili strategie per il monitoraggio della separazione del flusso. Inoltre, i risultati possono rappresentare un punto di partenza per futuri approfondimenti con lo scopo di migliorare sistemi di propulsione in condizioni operative variabili.