SIMULAZIONE NUMERICA DI UN DISCO INVESTITO DA UN FLUSSO SUPERSONICO AD ALTA ENTALPIA

La fluidodinamica comprimibile ad alta entalpia è un campo di crescente interesse nell’ingegneria aerospaziale, in particolare per lo sviluppo di veicoli operanti a velocità supersoniche e ipersoniche, come quelli in fase di rientro atmosferico. In tali regimi, l’interazione tra i corpi tozzi e il flusso circostante porta alla formazione di intense onde d’urto, la cui azione di compressione produce temperature estreme, innescando processi chimico-fisici complessi che conducono ad uno stato di non- equilibrio. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi, analizzando una configurazione rappresentativa: un disco investito da un flusso supersonico ad alta entalpia. L’analisi prevede il confronto tra due modelli fisico-matematici: una semplificazione di gas ideale non reattivo, volto a delineare i meccanismi fluidodinamici principali, e un modello di aria a cinque specie basato sull’approccio multitemperatura proposto da Park, capace di descrivere con maggiore accuratezza i fenomeni in esame. Questa indagine è condotta tramite simulazione numerica, avvalendosi dei metodi della fluidodinamica computazionale (CFD) per la risoluzione delle classiche equazioni di Navier–Stokes, le quali vengono opportunamente modificate per includere gli effetti della miscela reagente multicomponente. Tale risoluzione impiega il metodo di discretizzazione ai volumi finiti, che consente di trasformare le equazioni integrali in equazioni algebriche risolvibili con opportuni strumenti di calcolo. Pertanto, l’obiettivo primario di questa ricerca è fornire una caratterizzazione completa del campo termofluidodinamico, attraverso una stima quantitativa dell’evoluzione delle variabili chiave del campo di moto, della distribuzione delle specie chimiche e del flusso termico a parete. I risultati ottenuti contribuiscono ad approfondire la comprensione dei complessi fenomeni che si verificano in queste condizioni di flusso e a supportare l’ottimizzazione dei modelli predittivi, che rivestono un ruolo cruciale per lo sviluppo delle future applicazioni aerospaziali.