FLOW-3D 在航太工業的應用

Cryogenic Tank Modeling for the Saturn AS-203 Experiment

土星 AS-203 (太陽神三號火箭)低溫儲存槽模擬
發表單位:

Alfredo Lopez, Boeing
Gary Grayson, Boeing
Frank Chandler, Boeing
Leon Hastings, Alpha Technology
Stephen Tucker, NASA MSFC

低溫儲藏槽的模擬需要考慮的重點,在於必須能夠精確預測儲存槽的流體動力學模式及熱力學計算模式。


CFD 軟體的功能需要能夠完成下列項目的模擬:

 

Simultaneous solution of governing equations in both liquid & gas phases

 

Heat transfer between container & all fluids

 

Buoyancy effects

 

Variable external heating & acceleration

 

Surface tension effects in low gravity

 

Multi-species ullage gas with noncondensable component

 

Interface dynamics & slosh prediction

 

Thermodynamic vent systems submodels

FLOW-3D 的特色

General Navier-Stokes solver w/free surface options

Many auxiliary models such as surface tension, turbulence, buoyancy, mass sources/sinks, & non-inertial reference frames

Industry standard tool for low-gravity slosh

Quantitative model validation achieved in many aerospace problems. See published examples.

Boeing/McDonnell Douglas experience since 1987.


已正式發表於期刊上之參考文獻

以 CFD 軟體模擬儲存槽設計有下列優點:

 

大幅減少地面設計實驗的次數

 

大幅減少太空實驗的次數

 

較完整的設計方案抉擇

 

使用真實的流體與環境設定模擬,不需要擔心縮小尺寸模型造成的實驗誤差

 

設計流程加速 & 實驗參數化

 

減少設計時之開發成本,並且提高安全性

 

縮短設計時間及開發時間

 

可選擇較多的設計方案(與實驗方式相比)


土星四號 B 階段發射器


AS-203 發射器之詳細規格


設計規範與實驗結果


S-IV B 之數值模擬模型設定


S-IV B 網格敏感度測試


S-IV B 實驗數據


壓力與溫度之結果


S-IV B 之 CFD 模擬結果檢討


溫度與速度場變化


預測隔板對邊界層的影響