SAAB Dynamics producerar och utvecklar flertalet produkter som innehåller krutraketmotorer. Krutraketmotorers prestanda är kraftigt beroende av en effektiv upptändning och det är önskvärt att kunna prediktera detta förlopp numeriskt med god noggrannhet. Ingen etablerad simuleringsmetodik existerar i dagsläget. Detta examensarbete är ett första steg mot att undersöka hur anfyrningsförloppet kan modelleras med Computational Fluid Dynamics. Den komersiella mjukvaran Ansys Fluent har använts som simuleringsverktyg. Anfyrningsförloppet är ett transient förlopp och involverar flertalet komplicerade värmeöverföringsmekanismer. Några av de viktigaste mekanismerna är konvektiv värmeöverföring från anfyrningsgaser, värmeledning från anfyrningspartiklar och termisk strålning från både gaserna och partiklarna. Tre modeller presenteras. De modellerar en approximativ geometri från tidigare experimentella undersökningar och simulerar 2,4 millisekunder av anfyrningsförloppet. Inga kemiska reaktioner modelleras. Modell 1 simulerar konvektiv värmeöverföring från heta förbränningsgaser. Modell 2 inkluderar termisk strålning från förbränningsgaserna som modelleras med Planck-medelvärdes absorptionskoefficienter och Discrete Ordinates modellen. Totalt värmeflöde och slutgiltig temperaturfördelning längs krutranden redovisas. Modellerna predikterar liknande värmeflöden och temperaturfördelningar, med något förhöjda nivåer för modell 2. Ett experimentellt uppmätt tryck används för att validera trycknivåer i simuleringarna. Fysikalisk rimlighet av anfyrningsgasens temperatur bedöms även med den adiabatiska flamtemperaturen. Båda modeller presterar väl med avseende på dessa mått. En tredje modell som försöker modellera anfyrningspartiklar med hjälp av Discrete Phase Model presenteras även. Modellen anses inte tillförlitlig då den lider av numeriska problem för det simulerade fallet. Avslutningsvis diskuteras felkällor och fortsatt arbete för samtliga modeller. / SAAB Dynamics produces and develops several products that use solid-propellant rocket engines. The performance of these rocket engines is heavily dependant upon an efficient ignition. It is desirable to be able to predict this sequence numerically with good accuracy. No established simulation methodology exists as of today however. This master thesis is a first step towards the investigation of how the initial ignition sequence can be modelled using Computational Fluid Dynamics. The commercial software Ansys Fluent has been used as a tool for simulation. The initial heat transfer during ignition is a transient sequence and involves several complex heat transfer mechanisms. Some of the most important ones include convective heat transfer from ignition gases, conduction from ignition particles as well as thermal radiation from both the gases and particles. Three models are presented. They model an approximate geometry from earlier experimental investigations and simulate 2.4 milliseconds of the initial ignition sequence. No chemical reactions are modelled. Model 1 simulates convective heat transfer from hot ignition gases. Model 2 includes thermal radiation from the ignition gases that is modelled using Planck-mean absorption coefficients and the Discrete Ordinates model. Total heat transfer rates and final temperature distributions along the surface of the propellant are reported. The models predict similar total heat transfer rates and final temperature distributions, with somewhat elevated levels for model 2. An experimentally measured pressure is used to validate the simulated pressure levels. Physical validity is also evaluated by comparing the temperature of the ignition gas to the adiabatic flame temperature. Both models perform satisfactorily with regards to these metrics. A third model that attempts to model the ignition particles using the Discrete Phase Model is also presented. The model is deemed unreliable due to numerical problems for the simulated case. Finally sources of error and possible future work is discussed.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:UPSALLA1/oai:DiVA.org:ltu-104297 |
| Date | January 2024 |
| Creators | Olsson Sjögren, Carl-Otto |
| Publisher | Luleå tekniska universitet, Institutionen för teknikvetenskap och matematik |
| Source Sets | DiVA Archive at Upsalla University |
| Language | Swedish |
| Detected Language | Swedish |
| Type | Student thesis, info:eu-repo/semantics/bachelorThesis, text |
| Format | application/pdf |
| Rights | info:eu-repo/semantics/openAccess |
Page generated in 0.0025 seconds