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INIZIO_TESTO_DA_INDICIZZARE

PROGRAMMA DI RICERCA 2004

italiano - english
Programmi di ricerca simili:
Classificazione scientifico-disciplinare
Classificazione brevettuale
  • ELECTRICITY
    • ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
      • PLASMA TECHNIQUE (fusion reactors G21B; ion-beam tubes H01J27/00; magnetohydrodynamic generators H02K44/08; producing X-rays involving plasma generation H05G2/00); PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS (obtaining neutrons from radioactive sources G21, e.g. G21B, G21C, G21G); PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS (atomic clocks G04F5/14; devices using stimulated emission H01S; frequency regulation by comparison with a reference frequency determined by energy levels of molecules, atoms, or subatomic particles H03L7/26)
  • PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
      • EQUIPMENT FOR FITTING IN OR TO AIRCRAFT; FLYING SUITS; PARACHUTES; ARRANGEMENTS OR MOUNTING OF POWERPLANTS OR PROPULSION TRANSMISSIONS
    • VEHICLES IN GENERAL
      • ARRANGEMENTS OR ADAPTATIONS OF HEATING, COOLING, VENTILATING, OR OTHER AIR-TREATING DEVICES SPECIALLY FOR PASSENGER OR GOODS SPACES OF VEHICLES
Classificazione geografica
Bibliografia
1) C.A. Borghi, and M. Ishikawa, New Concepts of MHD Power Generation, (invited paper), Proc. 12th Int. Conf. on MHD Electrical Power Generation, Vol. 1, pp. 38-46, Yokohama, Japan, October 1996.
2) V.A. Bityurin, et al., Assessment of Hypersonic MHD Concepts, AIAA-97-2393, 1997.
3) E.P. Gurianov and P.T. Harsha, AJAX: New Directions in Hypersonic Technology, AIAA-96-4609, 1996
4) J.T. Lineberry, et al., Prospects for MHD Flow Control for Hypersonics, AIAA-2000-3057, 2000.
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6) D.J. Moorhouse and C.F. Suchomel, Exergy Methods Applied to Hypersonic Vehicle Challange, AIAA-2001-3063, 2001
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17) J.S. Shang, Recent Research in Magneto-Aerodynamics, Progress in Aerospace Sciences, Vol. 37, pp. 1-20, 2001.
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19) V.A. Bityurin, MHD Activity in Russia, ILG-MHD International Workshop on Magneto-Hydro-Dynamics Applications: State of the Art, University of Bologna, Bologna (Italy), September 2003.
20) J. Lineberry, MHD Activity in United States of America, ILG-MHD International Workshop on Magneto-Hydro-Dynamics Applications: State of the Art, University of Bologna, Bologna (Italy), September 2003.
21) Carlo A. Borghi, MHD in Italy - Overview, ILG-MHD International Workshop on Magneto-Hydro-Dynamics Applications: State of the Art, Bologna, September 2003
22) Maurizio Pandolfi, MHD Activity in Hypersonic Flows at the Politechnique of Torino, ILG-MHD International Workshop on Magneto-Hydro-Dynamics Applications: State of the Art, University of Bologna, Bologna (Italy), September 2003
23) G. Colonna and M. Capitelli,Plasma Kinetics in Hypersonic Flows, ILG-MHD International Workshop on Magneto-Hydro-Dynamics Applications: State of the Art, University of Bologna, Bologna (Italy), September 2003
24) M.Pandolfi and D. D’Ambrosio, Upwind Numerical Methods for Magneto-Fluid-Dynamics, in Introduction to Magneto-Fluid-Dynamics for Aerospace Applications”, VKI-Lecture Series 2004-01, von Karman Institute for Fluid Dynamics, October 2003, Brussels (Belgium).
25) D. D’Ambrosio, Coupling between Electro-Magnetics and Fluid-Dynamics: Physical and Numerical Aspects, in Introduction to Magneto-Fluid-Dynamics for Aerospace Applications”, VKI-Lecture Series 2004-01, von Karman Institute for Fluid Dynamics, October 2003, Brussels (Belgium).
26) C.A. Borghi, European Activities – Italian Perspective, in Introduction to Magneto-Fluid-Dynamics for Aerospace Applications”, VKI-Lecture Series 2004-01, von Karman Institute for Fluid Dynamics, October 2003, Brussels (Belgium).
27) C.A. Borghi, and A. Cristofolini, A Hybrid Implicit Numerical Method for the Analysis of the Magneto-Plasmadynamics in a Gas Discharge, IEEE Transactions on Magnetics, Vol. 37, n. 5, pp. 3401-3404, September 2001.
28) V.A. Bityurin, C.A.Borghi and A. Veefkind, MHD Electrical Power Generationin in a T-Layer Plasma Flow, IEEE Transactions on Plasma Sciences, Vol. 28, n.3, pp. 1020-1028, June 2000.
29) C.A.Borghi, F. Paganucci et al., Optical investigation on an Magneti-Plasma-Dynamic thruster, PDL AIAA Conference, Paper AIAA 2003-4293, Orlando (Florida), June 2003.
30) C.A. Borghi, M. Carraro, and A. Cristofolini, Analysis of MHD Interaction in the Boundary Layer of a Hypersonic Veicle, J. Spacecraft and Rockets, Vol. 41, n. 3, 2004
31) C.A. Borghi, M.R. Carraro, and A. Cristofolini, Numerical Solution of the Non Linear Electrodynamics in MHD Regimes with Magnetic Reynolds Number near One, Compumag 2003, Saratoga Spring (USA) July 2003.
32) Pandolfi M., Arina R. and Botta N., Non-equilibrium hypersonic flows over corners, AIAA Journal, Vol.29, N.2, 1991.
33) M. Pandolfi, Physical aspects of hypersonic flow: fluiddynamics and non-equilibrium phenomena", Advances in Hypersonics: Modeling Hypersonic Flows, Vol.2, ed. J.J. Bertin et al., Birkhauser, 1992.
34) S. Menne S., C. Weiland, D. D'Ambrosio, and M. Pandolfi, Comparison of real gas simulations using different numerical methods, Computers & Fluids, Vol.24, N.3, 1995.
35) G. Deiwert and M. Pandolfi, Real gas effects, AGARD A.R.319 on Hypersonic Experimental and Computational Capability, Improvement and Validation, May 1996.
36) D. D'Ambrosio, A study on shock wave-boundary layer interactions in high speed flows, 4th European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles, ESA SP-487, 2002.
37) D'Ambrosio D., "Numerical prediction of laminar shock-shock interactions in hypersonic flow", J. Spacecraft Rockets, Vol.40(2), pp.153-161, 2003.
38) I. Armenise, M. Capitelli, G. Colonna, C. Gorse, Nonequilibrium Vibrational Kinetics in the Boundary Layer of ReEntering Bodies, J. Thermophys. and Heat Transf. 10 (1996) 397-405.
39) M. Capitelli, I. Armenise and C. Gorse, State to state approach of air components under reentry conditions, J. Thermophys. and Heat Transf. 11 (1997) 570-578.
40) G. Colonna, M. Capitelli, The influence of atomic and molecular metastable states in high enthalpy nozzle expansion nitrogen flows, J. Phys. D: Appl. Phys. 34 (2001) 1812.
41) G. Colonna, M. Capitelli, Self-consistent model of chemical, vibrational, electron kinetics in nozzle expansion, J. Thermophys. Heat Transfer 15 (2001) 308
42) D. Bruno, M. Capitelli, S. Longo,:DSMC Modeling of vibrational and chemical kinetics for a reacting gas mixture, Chem.Phys.Lett. 289, 141 (1998)
43) D. D'Ambrosio, G. Colonna and M. Capitelli, Numerical Prediction of Non-Equilibrium Flows in Hypersonic Nozzles: State-to-State Kinetics versus Macroscopic Models, 16th AIAA Computational Fluid Dynamics Conference, Orlando, FL, AIAA Paper 2003-3549 (2003).
Parole Chiave
MAGNETOFLUIDODINAMICA; INTERAZIONE MHD; FLUIDODINAMICA IPERSONICA; FLUIDODINAMICA NUMERICA; ELETTRODINAMICA; GAS IONIZZATI E PLASMI; FENOMENI DEL TRASPORTO; CINETICA CHIMICO-FISICA; CINETICA ELETTRONICA

Sviluppo di un Ambiente Modellistico-Numerico Finalizzato al Progetto Magnetogasdinamico di Veicoli Ipersonici.

Università degli Studi di Bologna
Abstract
Il progetto riguarda lo studio dei modelli fisico-matematici e dei metodi numerici per l'analisi e la simulazione dei fenomeni di interazione MHD in flussi ad alta velocità. Tali modelli saranno finalizzati al progetto di veicoli ipersonici adatti al volo ad alta quota e al rientro in atmosfera. L'argomento in oggetto ha acquisito particolare rilevanza col crescere dell'interesse scientifico, strategico ed industriale nel volo ipersonico.
A queste velocità, alle alte quote (ad esempio in fase di rientro in atmosfera di veicoli spaziali intorno ai 70 000 m. di altitudine), il plasma si genera nella regione fra l'onda d'urto e la parete del veicolo. In tale zona sussistono quindi le condizioni necessarie al processo MHD. L'utilizzo dell'interazione MHD nel volo ipersonico può essere di efficace contributo per il controllo del flusso termico, delle forze di attrito e dell'assetto del veicolo.
L'obiettivo di questo programma di ricerca riguarda lo sviluppo di un ambiente di calcolo per l'analisi e la simulazione della fenomenologia aero-termodinamica nel volo ipersonico con interazione MHD. Tale ambiente è indirizzato al progetto di veicoli spaziali.
Il processo coinvolge l'interazione di tre diverse fenomenologie, descritte dalle leggi dell'elettrodinamica, della fluidodinamica e dalla cinetica chimico-fisica dell'aria ionizzata. Nell'ipotesi semplificativa di regime magnetico convettivo (MHD ideale derivante dall'ipotesi di conducibilità elettrica >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca
Carlo Angelo BORGHI Università degli Studi di BOLOGNA
Obiettivo del Programma di Ricerca
L'obiettivo del progetto di ricerca proposto riguarda lo sviluppo e la messa a punto dei modelli fisico-matematici, dei metodi numerici e dei relativi codici di calcolo per l'analisi e la simulazione della gasdinamica nel volo ipersonico in presenza di interazione MHD. I codici sviluppati saranno integrati in un ambiente di calcolo da utilizzare in fase di progetto di veicoli ipersonici.
I modelli fisici riguardano tre tipi di fenomeni: la fluidodinamica, l'elettrodinamica e la cinetica dell'aria parzialmente ionizzata. Le leggi della fluidodinamica sono costituite dalle equazioni di conservazione della massa, della quantità di moto e dell'energia del gas. L'elettrodinamica è descritta dalle equazioni di Maxwell e dalla legge di Ohm generalizzata. Per l'integrazione del sistema di equazioni che si ottiene, è necessario il calcolo dei coefficienti di trasporto dell'aria ionizzata derivanti dalla cinetica chimica del gas in non-equilibrio.
Saranno dapprima affrontate le due ipotesi complementari di regime magnetico diffusivo, che si ottiene a bassi numeri di Reynolds magnetici, e regime magnetico convettivo, che si origina a conducibilità elettriche molto elevate.
Nel primo caso fluidodinamica ed elettrodinamica sono risolte separatamente. La fluidodinamica è descritta da un sistema di equazioni multi-dimensionale tempo-dipendente iperbolico. L'elettrodinamica è espressa tramite un sistema di equazioni ellittico, stazionario. Ad ogni passo >>>

Risultati parziali attesi
I risultati della prima fase del presente programma di ricerca sono codici magnetogasdinamici nei regimi magnetici diffusivo, convettivo e diffusivo-convettivo, con conducibilità elettrica costante ed altri fenomeni di trasporto trascurati. I codici sviluppati per i regimi diffusivo e diffusivo-convettivo, saranno in grado di considerare conducibilità elettriche e coefficienti del trasporto ottenuti in ipotesi semplificate. Inoltre sarà anche disponibile un codice per il calcolo dei coefficienti del trasporto da utilizzare nei codici MHD, in gas monatomici. Sarà inoltre predisposto un ambiente di calcolo destinato ad accogliere i codici prodotti nell'ambito del progetto.Un risultato della Fase 2 è la mutua verifica, nell'ambito delle zone di possibile utilizzo di entrambi i modelli, dei codici di interazione MHD in flussi ipersonici sviluppati dalle unità di ricerca di Bologna e Torino durante la Fase 1. La verifica verrà realizzata prendendo in considerazione anche risultati numerici estratti dalla letteratura.
Un ulteriore risultato sarà costituito da codici MHD in grado di trattare un gas mono-atomico (argon) in condizioni di non-equilibrio.
Le metodologie numeriche sviluppate ed i risultati ottenuti saranno anche riportati in pubblicazioni su riviste internazionali e contributi a congressi.
Al termine della seconda fase sarà redatto un rapporto intermedio sulle attività del progetto di cui il coordinatore scientifico sarà responsabile ed a cui tutte >>>

Durata
24 mesi
Base di partenza scientifica nazionale o internazionale
Le conoscenze riguardo l'interazione MHD/flussi ipersonici divengono di fondamentale importanza per la possibile applicazione di tale tecnologia al volo ipersonico, che ha suscitato negli ultimi anni un crescente interesse, in particolare per il rientro in atmosfera di veicoli spaziali riutilizzabili. Il volo ipersonico riguarda anche lo sviluppo del veicolo SSTO (single stage to orbit), che risulta essere uno dei pre-requisiti essenziali per lo sfruttamento commerciale del volo spaziale. Si prevede che il veicolo SSTO sia dotato di differenti sistemi di propulsione 'air breathing' che lo portino dalla fase di decollo alla messa in orbita. In questo caso, la potenziale applicazione dell'effetto di interazione MHD è, per esempio, il controllo della posizione delle onde d'urto rispetto alla presa dinamica del propulsore. In recenti pubblicazioni scientifiche sull'argomento [1-9] sono state discusse numerose applicazioni dell'interazione MHD in flussi ipersonici e nel volo alle elevate velocità. Il concetto AJAX [10, 11] prevede l'utilizzo dell'interazione MHD per by-passare l'energia cinetica del gas dal diffusore supersonico all'ugello di espansione in coda al propulsore, al fine di ridurre la velocità del fluido nella camera di combustione a valori accettabili anche in condizioni di volo ipersonico.
Negli ultimi anni sono stati fatti diversi studi riguardanti l'interazione di flussi ipersonici con plasmi e con il processo MHD [12-15]. Ciò riguarda il controllo dei >>>