ANALISI NUMERICA DEI FLUSSI SECONDARI IN TURBOPOMPE CRIOGENICHE PER APPLICAZIONI AEROSPAZIALI.

Nella seguente tesi, sviluppata in collaborazione tra il Politecnico di Bari e l'azienda Pangea Propulsion con sede a Barcellona, si valuta l'importanza dell'analisi termofluidodinamica in fenomeni di particolare interesse in ambito aerospaziale, quali la gestione dei flussi secondari nelle turbopompe criogeniche. Il lavoro è diviso in due sezioni principali: nella prima sezione si introduce brevemente la genesi della problematica attraverso la definizione dell'architettura dei motori a razzo e delle caratteristiche critiche dei propellenti criogenici. Si prosegue illustrando alcune proprietà della risoluzione numerica tramite il codice GFSSP sviluppato dalla NASA per studiare i flussi secondari all’interno del motore Fastrac. Successivamente si delinea l’importanza dell’utilizzo di un sistema di tenute specifico per contenere i flussi secondari, ovvero il Dynamic Seal Package (DSP); tale componente è essenziale al fine di garantire una separazione assoluta tra l'ossidante criogenico e i gas caldi di turbina. In questa parte del motore avviene l'iniezione di elio di barriera che innesca complesse dinamiche di miscelazione multicomponente e transizioni di fase; pertanto, vengono descritti alcuni concetti fondamentali della teoria dei flussi complessi, come i modelli omogenei e lo scambio termico con ebollizione a film. L'indagine formale, preponderante in gran parte della tesi, viene tracciata numericamente proprio nell’ultimo capitolo, in tale sezione si forniscono alcuni risultati fondamentali. Infatti, si osserva che l'esatta portata massica di raffreddamento e la verifica del margine di cavitazione sono intrinseche alla soluzione del modello iterativo e non condizioni preimpostate. Si dimostra che, modellando il circuito dei flussi secondari come un sistema in serie (intercapedine radiale, cuscinetto e linea di drenaggio), la temperatura dell’ossigeno dopo l’attraversamento del cuscinetto risulta minore della temperatura di saturazione, scongiurandone il cambiamento di fase. Questo modello è particolarmente utile in situazioni specifiche come lo studio del design preliminare e il monitoraggio predittivo dei propulsori spaziali ad alte prestazioni.