Studio numerico della separazione di flusso in ugelli in scala sovra-espansi = Numerical study of flow separation in overexpanded scale nozzle

Questo lavoro di tesi verte sull’analisi numerica della separazione del flusso all’interno di un ugello sovra-espanso - in particolare è stato preso in analisi il caso di un ugello con profilo TIC - ed è stato simulato ciò che accade durante la fase di start-up all’interno dell’ambiente Ansys Fluent. Dopo una revisione teorica dell’ugello come componente dell’endoreattore e dei principali modelli di turbolenza ad oggi conosciuti, sono state realizzate una serie di analisi numeriche per scegliere la combinazione mesh/modello di turbolenza più corretta per le successive analisi; il termine di paragone è stato dato dai risultati sperimentali riportati nell’articolo “Current status of numerical flow prediction for separated nozzle flows” di Stark & Hagemann (2007). di flusso in ugelli in scala sovra-espansi. L’obbiettivo principale del lavoro è stato quello di comprendere come poter spostare a valle la separazione del flusso, variando alcuni parametri; è stato imposto che la coordinata del punto di separazione rispetti la condizione: x_sep>95% x_e, con x_e lunghezza assiale dell’ugello. Tramite un up-ramping iniziale è stato confermato come l’aumento del Nozzle Pressure Ratio (NPR) del flusso principale sia positivo in termini di spostamento del punto di separazione, come già noto in letteratura. Successivamente, è stato introdotto un getto secondario e sono stati analizzati come parametri il numero di Mach e l’NPR del flusso secondario. Da quest’analisi, è stato ricavato come convenga aumentare l’NPR secondario e abbassare il numero di Mach secondario. A valle di questi step, è stata realizzata un’analisi combinando l’effetto dei tre parametri (NPR del flusso principale, del flusso secondario e Mach secondario) per comprendere la combinazione migliore ai fini del requisito inizialmente imposto. In ultimo, si è scelto di fissare i parametri precedentemente citati e di variare unicamente la portata del getto secondario, mostrando come un aumento di quest’ultima sia positiva in termini di spostamento della separazione, nonostante l’incremento di tale parametro sia limitato ( m &#775;_s<0.06 m &#775;_p). Come conclusione del lavoro, si è cercata una relazione empirica del tipo x_sep=f(M_s,NPR,NPR_s) confrontando i risultati ottenuti con altri analoghi di geometrie diverse.