Etude expérimentale et numérique d'un système de contrôle TVS pour les réservoirs d'ergols cryogéniques
Résumé
Un verrou technologique des missions spatiales de longue durée utilisant une propulsion cryogénique
est l’auto-pressurisation des réservoirs d’ergols, soumis au rayonnement solaire direct ou à des entrées
thermiques. Cette auto-pressurisation doit être contrôlée pour assurer la pérennité de la mission, tout
en minimisant la perte d’ergols associée au contrôle. La méthode Thermodynamic Venting System
(TVS) prélève une fraction liquide dans le réservoir, la refroidit dans un échangeur de chaleur puis
la réinjecte dans le réservoir sous forme d’un spray sous-refroidi. Sous l’effet de l’injection, la
vapeur condense, le bain liquide se déstratifie et la pression baisse. Le dispositif est étudié, à fin
d’optimisation, à la fois expérimentalement sur un banc réalisé en utilisant un fluide de similitude
(Novec 1230) et numériquement grâce à un solveur combinant compressibilité artificielle, méthode
VOF pour le suivi d’interface et prise en compte du transfert de masse à l’interface liquide / vapeur
via un bilan thermique.
A technological barrier for long duration space missions using cryogenic propulsion is the control
of propellant tank self-pressurization. Since the liquid propellant submitted to solar fluxes tends to
vaporize, the pressure rise must be controlled to prevent mission failure. The Thermodynamic Vent
System (TVS) control strategy pumps some liquid propellant from the tank, cools it down through a
heat exchanger and re-injects it as a sub-cooled spray inside the tank. The tank pressure drops due to
vapor condensation and liquid bath destratification. The TVS strategy is studied both experimentally
using an on-ground set up that works with a surrogate fluid (Novec1230 by 3M) and numerically
with a solver combining artificial compressibility, a VOF approach for interface tracking and a sharp
interface phase change model.
Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)
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