Evaluation of multi-phase effects during water hammer occurrence

Descripción

En este proyecto se estudió de forma experimental y numérica el golpe de ariete, incluyendo cavitación y desorción de gases, que tiene lugar en los sistemas de propulsión aeroespaciales que utilizan combustibles líquidos. Estos sistemas sufren golpes de ariete multifásicos que ocasionan graves incrementos de presión que no pueden ser ignorados durante la fase de diseño.

La creación de una base de datos experimental y la comprensión del comportamiento del golpe de ariete en sistemas de propulsión, busca mejorar los modelos físicos implementados en los códigos CFD. Para ello, se diseñó una instalación experimental que reproduce el sistema de propulsión de un satélite, utilizando fluidos inertes bajo condiciones controladas en el laboratorio. Se ha concluido que la influencia del gas liberado durante la ocurrencia del golpe de ariete tiene una gran importancia en todo el proceso, debido al aumento de compresibilidad del fluido y a la reducción de la velocidad del sonido por una creciente cantidad de gas no condensable en la mezcla líquido-gas. El comportamiento bifásico del flujo se ha caracterizado mediante visualización con cámara de alta velocidad, donde el frente líquido está precedido por una mezcla de líquido, vapor y gas no condensable, y las ondas de expansión pueden inducir la separación de columna líquida.

La base de datos experimental resultante se confrontó con las predicciones de un código numérico de uso habitual para evaluar los sistemas de propulsión. Como resultado, se concluyó que es necesario mejorar aspectos tales como el cálculo de la velocidad de sonido en un líquido con un gas disuelto y el modelado de la fricción no estacionaria.

Este proyecto se realizó en colaboración con el Instituto von Karman (Bélgica) y contó con la financiación del Centro Europeo de Investigación y Tecnología de la Agencia Espacial Europea (Holanda).