Analisi numerica del flusso in un ugello ''Expansion-Deflection Dual-Bell'' = Numerical analysis of the flow in an Expansion-Deflection Dual-Bell nozzle

L’ottimizzazione degli ugelli rappresenta un aspetto cruciale nella progettazione degli endoreattori, poiché la loro geometria influenza in modo determinante le prestazioni generate. In questo senso gli ugelli a compensazione d’altitudine sono stati sviluppati con l’obiettivo di mantenere un’elevata efficienza propulsiva su un ampio intervallo di quote. Tra le diverse configurazioni di ugelli avanzati, l’Expansion-Deflection Dual-Bell Nozzle (EDDBN) rappresenta lo stao dell'arte ed è una delle soluzioni più promettenti. Questa particolare geometria combina le caratteristiche del Dual-Bell Nozzle(DBN), in grado di operare ottimamente in due regimi distinti (sea--level e altitude), con le caratteristiche dell’Expansion-Deflection Nozzle(EDN), che garantisce un adattamento continuo grazie alla presenza di una spina centrale (pintle). L’unione di questi due concetti consente all’EDDBN di ottenere un flusso stabile ed un miglior adattamento alle condizioni di pressione esterna, mantenendo allo stesso tempo una geometria compatta. Il lavoro di tesi ha come obiettivo principale la riproduzione numerica del comportamento fluidodinamico di un ugello EDDBN, al fine di replicare e confrontare i risultati sperimentali riportati in letteratura. L’analisi è stata condotta tramite simulazioni CFD (Computational Fluid Dynamics) utilizzando il software ANSYS Fluent testando diversi modelli di turbolenza e seguendo un approccio stazionario, bidimensionale ed assialsimmetrico. Dopo una fase di definizione del modello geometrico e di costruzione della griglia di calcolo tramite l'utilizzo del software GMSH, è stato eseguito uno studio al variare del Nozzle Pressure Ratio (NPR) per simulare la variazione di quota ed osservare le varie strutture fluidodinamiche presenti. I risultati ottenuti mostrano un buon accordo con i dati sperimentali di riferimento, sia per quanto riguarda la distribuzione di pressione lungo la parete dell’ugello, sia per la posizione del punto di separazione del flusso. Le simulazioni hanno permesso di evidenziare la capacità dell’EDDBN di adattare la pressione di uscita alla pressione ambientale mantenendo alte capacità propulsive confermando il potenziale dell’EDDBN come soluzione efficace per i futuri endoreattori.