Computational prediction of the pressure drop in the catalyst bed of a rocket component

The space engineering research has expressed a huge interest for liquid rocket motors engines, due to the high specific impulse they give. Even if the drawback of these type of engines is the complexity, this can be overcome by adopting monopropellants, which need catalyst bed. The availability of a predictive computational model for the pressure drop in a catalyst bed flux in space engineering application is fundamental, both for economical, timing and efficiency advantages which it would bring. In fact, the performances of a catalyst bed depend on several factors, which requires investments in tests. OpenFOAM® is an open-source software capable to conduct fluid dynamic computations both in single-phase and in two-phase. Through this software, it has been built a digital model based on the axisymmetrical assumption, capable to predict the pressure drop of a laminar, stationary, single-phase flux in a real catalyst bed component. The final objective is to obtain coherent and precise results and to fully validate the model, even by comparing computational results with the experimental ones obtained by the SPLab research team at the Politecnico di Milano.

La ricerca nell’ingegneria spaziale ha espresso un grande interesse per i motori a razzo a propellente liquido, dato l’alto impulso specifico che essi forniscono. Anche se lo svantaggio di questi tipi di motori è la complessità, questo può essere superato adottando monopropellenti, che necessitano di un letto catalitico. La disponibilità di un modello computazionale predittivo per la caduta di pressione in un flusso all’interno di letto catalitico nelle applicazioni di ingegneria spaziale è fondamentale, sia per i vantaggi economici, di tempistica ed efficienza che esso fornirebbe. Infatti, le prestazioni di un letto catalitico dipendono da diversi fattori, che richiedono investimenti in esperimenti. OpenFOAM® è un software open-source in grado di esperire calcoli fluidodinamici sia in fase singola che in bifase. Attraverso questo software è stato creato un modello digitale basato sull’ipotesi di assial-simmetria, in grado di prevedere la caduta di pressione di un flusso laminare, stazionario e monofase in un componente reale di un letto catalitico. L’obiettivo finale è ottenere risultati coerenti e verosimilmente precisi e convalidare il modello, anche confrontando i risultati computazionali con quelli sperimentali ottenuti dal team di ricerca SPLab presso il Politecnico di Milano.