Hybrid NS-DSMC simulation of a full scale solid rocket motor reactive exhaust at high altitude
Simulation hybride NS-DSMC d'un jet réactif de moteur-fusée à propergol solide à l'échelle et à haute altitude
Résumé
The present work uses a hybrid methodology to simulate a multispecies flow exhausting from the JAXA's M-V third stage at an altitude of 183km. The methodology couples a Navier-Stokes (NS) solver for the rocket plume with a Direct-Simulation Monte-Carlo (DSMC) solver for the low pressure atmosphere in a one-way approach. A dedicated solver is used to simulate alumina particles and their interaction with the gas. The multiscale and multiphysics nature of the studied case induced numerical difficulties in the DSMC resolution which were tackled for instance by limiting the minimum cell size in the DSMC solver adaptive mesh refinement. A hybrid NS-DSMC full-scale simulation was performed and showed better capture of H 2 expansion towards the front of the vehicle than the NS only approach.
Ce travail met en œuvre une méthodologie hybride pour simuler l'écoulement multi-espèce issu du moteur du troisième étage du lanceur M-V de la JAXA à une altitude de 183km. La méthodologie consiste en le couplage one-way d'un solveur Navier-Stokes (NS) pour le jet du moteur avec un solveur reposant sur la méthode Direct-Simulation Monte-Carlo (DSMC) pour l'écoulement atmosphérique ambiant à basse pression. Le transport des particules d'alumine et l'interaction avec le gaz est traitée par un solveur dédié. Le caractère multi-échelle et multi-physique du cas se traduit par des difficultés numériques pour la DSMC qui ont été surmontées en limitant la taille minimum des cellules dans l'algorithme de raffinement adaptatif du maillage. Une simulation hybride NS-DSMC à l'échelle 1 est finalement réalisée et montre que l'expansion préférentielle du H2 à contre-courant vers l'avant du véhicule est capturé en DSMC contrairement à l'approche NS.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)