Evaluación numérica del comportamiento mecánico de una tobera De Laval

Abstract

RESUMEN: Durante el presente trabajo de investigación se logró unificar dos áreas de la mecánica, como son la mecánica estructural y la mecánica de fluidos, por medio de la mecánica computacional, para obtener un fin común que es el de conocer los efectos estructurales de la tobera de tipo De Laval, debido al paso de un flujo de trabajo a presión. Para lograr esto se lleva a cabo la investigación histórica del uso del elemento finito en la industria aeroespacial. Así como en la indagación de las principales relaciones termodinámicas que se usan para realizar el dimensionamiento del perfil de la tobera. Se realiza la investigación sobre la teoría general de elemento finito para plantear una metodología correcta para realizar la evaluación numérica por medios computacionales en el programa de computo ANSYS® (mecánica computacional), que nos ayuda para ampliar el criterio sobre las condiciones básicas para obtener una simulación que de buenas resultados. Con la investigación y la comprensión de las principales relaciones termodinámicas, se lleva acabo el dimensionamiento de un perfil de tobera para 5000 N que trabaje a presión atmosférica de la Ciudad de México; posteriormente se lleva a cabo una investigación general de la mecánica de fluidos, para poder llevar acabo las simulaciones numéricas de flujo que se emplea para definir los perfiles de presión en las paredes internas de la tobera. Con un espesor de pared arbitrariamente propuesta de 3mm se encontró que los esfuerzos máximos se encuentran en el soporte de la tobera y en la garganta de la misma. La importancia de este estudio nos permite realizar un mejor diseño mecánico de toberas de cohete de tipo De Laval. ABSTRACT: During this research we were able to unify two areas of mechanics, such as structural mechanics and fluid mechanics, through computational mechanics, for a common goal which is to understand the structural effects of the nozzle De Laval type due to the passage of a workflow pressure. To accomplish this is performed using historical research finite element in the aerospace industry. As in the investigation of the main thermodynamic ratios used for sizing nozzle profile. Research on the general theory of finite element is performed to raise a proper methodology for the numerical evaluation by computational means in the computer program ANSYS ® (Computational Mechanics), which helps us to expand the criterion on the basic conditions for a good simulation results. With research and understanding of the main thermodynamic relations, takes just sizing profile nozzle for 5000 N to work at atmospheric pressure in Mexico City; subsequently carrying out a comprehensive investigation of fluid mechanics, to carry out numerical flow simulations that are used to define the pressure profiles in the inner walls of the nozzle. With a wall thickness of 3mm arbitrarily proposal was found that the maximum stresses are found in the nozzle holder and throat thereof. The importance of this study allows us to better mechanical design of rocket nozzles De Laval type.