Evaluation of numerical variable density approach to cryogenic jets - Antunes, Eduardo Luís Santos Farias (2015)
O presente trabalho dedica-se ao estudo de jactos de azoto líquido criogênico em condições subcríticas perto do ponto crítico. A injecção de combustível é um dos maiores desafios actuais na engenharia de motores diesel, turbinas de gás e motores de foguete, com a complexidade extra de nestes últimos se combinar também a injecção de comburente. É amplamente conhecido que o aumento das pressões e temperaturas de operação aumenta a eficiências dos motores e reduz o consumo específico. Assim, existe a tendência de um aumento generalizado das pressões de operação em motores modernos. No entanto elevadas pressões de operação na câmara de combustão têm como consequência a exposição dos fluidos a condições que excedem os valores críticos. Vários autores concluíram que nestas condições os fluidos injectados sofrem variações nas suas propriedades que levam a que os modelos tradicionais de escoamentos com duas fases não consigam modelar correctamente o comportamento do jacto, assim são precisos novos modelos computacionais para estas condições específicas. Barata et al. [18] realizaram uma investigação numérica com o intuito de avaliar a aplicabilidade do modelo de gases de densidade variável em jactos líquidos em condições sub e supercríticas. Os resultados de Barata et al. [18] revelaram uma boa concordância com os dados experimentais, mas apenas foram consideradas razões de densidade intermédias de 0.05 a 0.14. O objectivo do presente trabalho é o de estender as investigações de Ref. 18 a razões de densidades mais baixas entre 0.025 e 0.045 que correspondem a casos de pressões subcríticas da câmara de injecção e determinar o limite de aplicabilidade do modelo de gases de densidade variável. Os resultados obtidos estão em concordância com os dados experimentais e numéricos obtidos por Chehroudi et al. apresentados em Ref. 18. Neste trabalho verificou-se também que o modelo computacional usado não oferece resultados validos para razões de densidade abaixo de 0.025 identificando-se assim o limite de aplicabilidade do modelo de gases de densidade variável.