CFD-simulering av värmeöverföring under upptändningsförlopp av krutraketmotor

Sammanfattning: 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.