Analisi numerica della separazione del flusso in un ugello TOP con dispositivo Aerospike = Numerical analysis of flow separation in a TOP nozzle equipped with an Aerospike device

L'obiettivo di questo lavoro di tesi è l'analisi numerica, mediante simulazioni CFD, del comportamento del flusso all'interno di un ugello assialsimmetrico di tipo TOP (Thrust Optimized Parabolic Nozzle), equipaggiato con un dispositivo Aerospike. In particolare, l'attenzione è focalizzata sull’evoluzione e lo spostamento del punto di separazione del flusso in due configurazioni principali: una in cui il dispositivo Aerospike è presente ma inattivo, e una in cui esso è invece attivo. L’attivazione del dispositivo permette di ritardare o prevenire la separazione del flusso lungo la parete dell’ugello, rendendo possibile il funzionamento stabile anche a valori di NPR (Nozzle Pressure Ratio) inferiori rispetto al caso senza attivazione. Successivamente, vengono analizzati i risultati di simulazioni effettuate al variare della pressione di camera, al fine di valutare l’impatto sulle condizioni di funzionamento del dispositivo e, in particolare, sulla variazione della portata secondaria iniettata. Tale indagine è volta a comprendere meglio il legame tra la pressione di camera, l'efficacia dell'Aerospike e il controllo della separazione. Infine, viene eseguito un test preliminare sul solo ugello, privo di Aerospike, in presenza di una superficie orizzontale posta ad una certa altezza dall'ugello. Lo studio ha l’obiettivo di osservare la variazione della distribuzione e del valore della pressione statica nella regione a valle dell’ugello, in presenza del flusso che interagisce con tale superficie. Questo consente una prima valutazione delle condizioni di scarico in un contesto che simula un'installazione realistica, utile per interpretare il comportamento del campo di pressione a valle. Per ricavare i risultati ottenuti sono state svolte delle simulazioni RANS che hanno il fine di confermare l’efficacia dell'utilizzo del dispositivo Aerospike sul controllo della separazione del flusso; i benefici osservati aprono la strada a futuri studi sull’ottimizzazione della geometria e sulle condizioni operative per applicazioni in ambito propulsivo.