Non-reacting and reacting flow analysis in propulsion systems
- Global styles
- Apa
- Bibtex
- Chicago Fullnote
- Help
Abstract
oz İTKİ SİSTEMLERİNDE YANMA OLMAYAN VE YANMA OLAN AKIŞ ANALİZİ YUMUŞAK, Mine Doktora, Makina Mühendisliği Bölümü Tez Yöneticisi: Prof. Dr. Ahmet Ş. ÜÇER Aralık, 2000, 118 Sayfa İki boyutlu ve eksenel simetrik sıkışabilir gazlar için sonlu hız kimyasını hesaba katan Euler denklemlerini sonlu aralıklarla çözen hesap yöntemi geliştirilmiştir. Kimyasal denklemler gaz dinamiği denklemlerine ile tamamen bağlama yöntemi ile birleştirilmiştir. Gerçek gaz ve dengede olmayan kimya özellikleri kullanılmıştır. Zamana bağlı Euler denklemleri yapısal ağlarda çözülmüştür. Zaman ilerlemesi Jameson, Schmidt ve Turkel'in dört kademeli Runga- Kutta metodu ile elde edilmiştir. Yan-implicit tek adım ilerlemeli ikinci dereceden hassas merkezsel aralıklı yöntem kullanılmıştır. Kimyasal denklemlerle ilgili sayısal çözümün zorluğu, konvektif terimler şimdiki zamanda ilerlerken, kimyasal ek teriminin gelecek zamanda ilerlemesi ile yok edilmiştir. İlgili denklemler elemen köşelerinde korunum şeklinde sayısal aynştınlmıştır. Ses üstü bölgelerde uygun nümerik ayrıştırma tanımlayabilmek için yapay viskoziteler eklenmiştir, ikinci ve dördüncü dereceden yapay viskoziteler dahil edilmiştir. Yakınsamayı hızlandırmakiçin yerel zaman ilerlemesi ve değişken katsayılı yumuşatma metotlarından faydalanılmıştır. Kütle girişi, ses altı ve ses üstü giriş, ses üstü çıkış, simetri ekseni ve duvar sınır koşullan kullanılmıştır. Yakıt yüzeyinden kütle girişi olan hilesiz bir katı roket motorundaki iç akış hesabı ile yanma olmayan nümerik yöntemin hassasiyeti değerlendirilmiştir. Katı yakıt yüzeyinden değişik yönlerde kütle akışı olan bütün bir motordaki iç akış çözümü değişik büyüklükteki ağ yapılan üzerinde çözülerek nümerik yöntemin sağlamlığı test edilmiştir. Yanma olan metodun fazla sayıda kimyasal reaksiyon modelini çözebilme yeteneği ses üstü akış olan bir difuzerde hidrojen-hava kanşımı için test edilmiştir. Farklı akış rejimlerinin kimyasal kinetikler üzerine etkisini belirleyebilmek için daralan genişleyen bir lüle simule edilmiştir. Anahtar Kelimeler: Euler Çözücüsü, Sonlu Hız Kimyası, Dengede Olmayan, Sonlu Aralık, Zamanda İlerleme, Point-Implicit Metodu, Eksenel Simetrik Akış, İç Akış. VI tC YÜKSEKÖĞRETİM KÜRUL1 DOKÜMANTASYON MERKEZİ ABSTRACT NON-REACTING AND REACTING FLOW ANALYSIS IN PROPULSION SYSTEMS YUMUŞAK, Mine Ph.D., Department of Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. Ahmet Ş. ÜÇER December, 2000, 118 Pages A computational method using finite difference for the solution of two- dimensional and axisymmetric compressible Euler equations with finite rate chemistry is developed. The chemical equations are combined with the gasdynamics equations using a fully coupled technique. Real gas properties and non-equilibrium chemistry are considered. Unsteady Euler equations are solved using structured grid. Point-implicit one-step second order accurate central differencing scheme is used. The time integration is performed using the four-stage Runga-Kutta scheme based on the work of Jameson, Schmidt and Turkel. The stiffness associated with the chemical reactions is removed by implicitly integrating the chemical source term while the convective terms are retained explicit. The governing equations are discretized in conservative form at the cell vertex. In the supersonic regions, artificial inviscosity terms are added to equations. Second-and-fourth order artificial viscosities are included. Local time stepping, variable coefficient implicit residual smoothing is implemented to accelerate the convergence. Mass injection, subsonic and supersonic inlet, supersonic exit, symmetry axis, and wall boundary conditions are used. Calculating internal flow field of a nozzleless solid rocket motor with mass injection from the propellant assesses accuracy of the non-reacting numerical algorithm. Internal flow field in a full rocket motor with different mass flow injection directions from solid propellant is tested for the robustness of the numerical algorithm by using different sizes of grid points. Capability of the reacting method in handling wide number of chemical reaction models is tested for supersonic flow in a diffuser for hydrogen-air mixture. A converging diverging nozzle is simulated to evaluate the effects of different flow regimes on the chemical kinetics. Keywords: Euler Solver, Finite Rate Chemistry, Non-Equilibrium, Finite Difference, Time Marching, Point-Implicit Method, Axisymmetric Flow, Internal Flow. rv
Collections