RESUMO

Com o intuito de compreender melhor os fenômenos relacionados ao fluxo de massa no interior de tubeiras para motores-foguete, uma equipe do JPL (Jet Propulsion Laboratory) da NASA (National Aeronautics and Space Administration), em 1965, testou várias geometrias de tubeiras e parâmetros. Alguns dos resultados deles são comparados, no presente trabalho, com oito simulações computacionais usando o código Mach2D, que está escrito em Fortran, utiliza o método dos volumes finitos, esquemas de primeira e segunda ordens de acurácia, permite resolver escoamentos em qualquer regime de velocidade, emprega sistema de coordenadas não-ortogonais de base cartesiana ou axissimétrica, e contém vários modelos físicos e químicos. O estimador GCI (grid convergence index) e múltiplas extrapolações de Richardson (MER) foram empregados para se obter estimativas de erros e melhorar os resultados. O objeto de estudo do trabalho é uma tubeira com raio na garganta de 19,68 mm e razão de compressão e expansão de áreas de 2,51. A razão entre o raio de curvatura na garganta e o raio da garganta é 2.0. Os parâmetros físicos das condições de operação são: temperatura de estagnação de 288,89 K, pressão de estagnação de 8,89 bar e razão entre calores específicos de 1,4. Foram obtidos 40 pontos experimentais de pressão ao longo da parede da tubeira. Para o coeficiente de descarga (Cd), a estimativa do erro numérico usando GCI é de 2,64E-01 para a malha mais grossa (18x10 volumes), e 1,82E-03 para a malha mais fina (1152x640); com MER, estas estimativas diminuem respectivamente para 1,38E-02 e 1,51E-06. Comparando-se MER com o resultado analítico do Cd de Kliegel e Levine, obteve-se 0,56% de erro na malha mais grossa; a solução numérica sem MER só consegue se aproximar deste valor na malha com 288x160, com 0,58% de erro. No caso do impulso específico no vácuo (Isv), a estimativa do erro numérico com GCI é de 1,17E-01 na malha mais grossa e 1,40E-03 na malha mais fina; já com MER, tem-se respectivamente 1,84E-02 e 1,04E-09. No caso dos resultados experimentais da pressão, o erro médio dos 40 pontos ao longo da parede na malha mais grossa é de 33% e 2,5% na mais fina; com MER, obteve-se respectivamente 14% e 5,1%.

Palavras-chave: Tubeira, Motor-Foguete, Propulsão