MOTIVATION

Die präzise Positionierung von Treibstoffen in Schwerelosigkeit ist entscheidend für Satelliten. Ohne Schwerkraft verteilen sich Flüssig- und Gasphasen frei und bilden komplexe, schwer vorhersagbare Grenzflächen. Für grüne Treibstoffe ist dieses Problem bisher nicht vollständig gelöst. GATE Space entwickelt ein neuartiges Konzept zum präzisen Management grüner Treibstoffe, das Temperaturgradienten nutzt, um die Fluide gezielt in den Tanks zu positionieren.

ANFORDERUNGEN

Experimente auf der Erde sind durch Schwerkraft verfälscht, Experimente im Weltall und unter Mikrogravitation teuer. Eine Bewertung des neuartigen Konzepts ist daher nur über numerische Simulationen sinnvoll möglich. Es wird daher eine 3D-CFD-Simulation der Strömung in einem Satellitentank unter Schwerelosigkeit auf Basis der VOF-Methode gefordert. Abgebildet werden Oberflächenspannung, Benetzbarkeit, thermokapillare Effekte sowie Verdampfung und Kondensation über das Lee-Model. Thermophysikalische Eigenschaften werden über UDFs implementiert, sodass spezifische Wärme, Verdampfungsenthalpie, Wärmeleitfähigkeit, Viskosität und Dichte temperatur- und druckabhängig vorliegen. Kapillarkräfte werden über eine Continuum-Surface-Stress-Formulierung berücksichtigt, thermokapillare Spannungen über eine temperaturabhängige UDF.

ZIEL

Präzise Vorhersage der stationären Geometrie der Phasen-Grenzfläche unter realistischen Anfangs- und Randbedingungen sowie einem lokal aufgeprägten Temperaturgradienten.