Análisis comparativo numérico y analítico de las propiedades termodinámicas de toberas para uso en un motor a reacción

Abstract

Se realiza un análisis comparativo numérico-teórico de las propiedades termodinámicas (presión y temperatura), velocidad y número de Mach entre una tobera convergente y una tobera supersónica propuesta de Mach 1.8, desarrollada mediante una metodología completa para el diseño de toberas supersónicas de campana. En la sección divergente es utilizado el Método de las Características (MOC) para un flujo en dos dimensiones, irrotacional e isentrópico, mientras que para la sección convergente el Método de la Curva Paramétrica Bicúbica (MCPB) es empleado para un diseño óptimo de tobera; como resultado, un flujo uniforme sin separación y una expansión rápida de los gases es obtenido en la sección divergente, logrando obtener una tobera con el número de Mach de 1.8 deseado en la salida. Se hace uso tanto de la teoría de flujo compresible como de las simulaciones CFD para realizar las comparaciones teóricas y numéricas, respectivamente, de la presión, temperatura, velocidad y número de Mach de entrada y salida para ambas toberas. El análisis comparativo muestra un incremento en la salida en la velocidad de 185.05 %, así como un incremento en el número de Mach de hasta 251.59 %, de la tobera supersónica propuesta con respecto a la tobera convergente.