Simulation of three-dimensional inviscid flow inside rocket engine nozzles
Roket lüleleri içindeki üç boyutlu, sürtünmesiz gaz akışının sayısal çözümü
- Tez No: 116291
- Danışmanlar: PROF. DR. M. HALUK AKSEL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Unstructured Euler Solver, Finite Volume Method, Flux Difference Splitting, Upwind Scheme, Explicit time-marching, explicit multi-step Runge-Kutta time-integration. IV
- Yıl: 2001
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 117
Özet
ÖZET ROKET LÜLELERİ İÇİNDEKİ ÜÇ BOYUTLU, SÜRTÜNMESİZ GAZ AKIŞININ SAYISAL ÇÖZÜMÜ Alpan, Boğaçhan Yükesek Lisans, Makina Mühendisliği Bölümü Tez Danışmanı: Prof. Dr. M. Haluk Aksel Aralık 2001, 102 sayfa Roket lülesi içerisindeki sürtünmesiz gaz akışının zamanla değişmeyen çözümünü bulabilmek için, akışın matematiksel modeli olan Euler denklemlerini çözen bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Üçgen piramitlerden oluşan düzensiz hacimler için, hücre merkezli sonlu hacim ve belli alandan geçen akış farklarının ayrıştırılması yöntemleri ile korunmuş haldeki Euler denklemleri sayısal olarak parçalanmıştır. Zaman içindeki parçalı toplam 3 adımlı açık Runge-Kutta yöntemiyle hesaplanmış, ve zamanla değişmez çözüme ulaşma süresini kısaltmak için bölgesel zaman adımları kullanılmıştır. Piramitin köşe noktalarındaki çözümler yeniden yapılandırma yöntemi ile hücre içi çözümleri bulunduktan sonra bunlara bağlı olarak hesaplanmıştır. Yapay sönümleme yöntemi kullanılmamıştır. Giriş ve çıkış sınırlarında bir boyutlu karakteristik yöntemi kullanılmış, duvarlarda ise akışın yüzeye teğet geçişi şartı uygulanmıştır. Duvardan akı geçmeme şartı, akışkana ait hal değişkenlerinin duvarın iki tarafında eşitlenmesi ile sağlanmıştır. Çözücü program nesneye yönelik programlama kaideleri kullanılarak C++ dilinde geliştirilmiştir. Bu, üç boyutlu akış geometrisinin doğurduğu karmaşık veri yapılarının daha kolay idare edilmesini sağlamıştır.TUNES-3D adındaki yazılım Windows işletim sistemi altında Grafik Kullanıcı Arabirimi 'ne sahip bir şekilde geliştirilmiştir. Kodun çözücü kısmını yüksek önceliğe sahip ayrı bir işlem olarak çalıştırmaktadır, dolayısıyla eşzamanlı çözüm için bir zemin hazırlamaktadır. Problemin geometrisi katı modelleme yapabilen bir bilgisayar destekli tasarım yazılımı kullanılarak modellenmiş ve model ANSYS yazılımına aktarılarak burada üçgen piramitlerden oluşan çözüm ağı oluşturulmuştur. Oluşturulan program çeşitli hızlardaki akışlar için üç boyutlu Ni tümseği, konik 45°- 15° eğimli daralan-genişleyen lüle, değişik arka vana basınçları için parabolik daralan-genişleyen lüle, giriş hızı Y-ekseninde değişen 90° dönüşlü kanal, ve içindeki sesüstü akışa püskürtme yapılan genişleyen lüle üzerinde test edilmiştir. Anahtar kelimeler. Euler denklemleri, Sonlu hacim metodu, Akış farkı ayrıştırımı, Akış yönüne bağlı yöntem, açık zaman ilerlemeli, açık çok adımlı Runge- Kutta parçalı zaman toplamı. vı
Özet (Çeviri)
ABSTRACT SIMULATION OF THREE-DIMENSIONAL INVISCID FLOW INSIDE ROCKET ENGINE NOZZLES Alpan, Boğaçhan M.S. Department of Mechanical Engineering Supervisor: Prof. Dr. M. Haluk Aksel December 2001, 102 pages A solver code is developed in order to simulate the three-dimensional, inviscid flow inside the rocket nozzle, which numerically solves the underlying compressible, unsteady Euler equations in order to obtain the steady state solution. Conservative form of Euler equations are discretized using a first-order upwind scheme (Flux difference splitting) for an unstructured mesh composed of tetrahedrons, in connection with a cell-centered finite volume method. 3 -stage multi- step explicit Runge-Kutta method is used for time integration, and local time stepping is used to accelerate convergence to steady state. Solutions at vertex nodes are updated by a node reconstruction process after cell center calculations. Artificial damping is not applied. Inlet and outlet boundary conditions use one-dimensional method of characteristics, and flow tangency condition is imposed on the walls. No flux through the walls is accomplished by setting the left and right states at the wall equal. The solver is written with C++, using Object Oriented features. This allowed easier handling of the complicated data structures required by the three-dimensional geometry. The code also has vector classes to handle vector operations compactly. IllThe application, TUNES-3D is developed for the Windows environment with a Graphical User Interface (GUI). It spawns the solver code as a separate higher priority process, hence building a basement for parallel processing. The geometry is drawn with CAD software, imported into ANSYS and meshed into tetrahedrons. The code is tested on a three-dimensional Ni-bump channel for various flow regimes, a conical 45°- 15° convergent-divergent nozzle, a parabolic convergent- divergent nozzle with various flow regimes, a 90° bent elbow with inlet velocity profile, and finally a divergent nozzle with supersonic flow and injection.
Benzer Tezler
- Computation of external flow around rotating bodies
Dönel cisimler etrafında dış akış çözümlemesi
OKTAY GÖNÇ
Doktora
İngilizce
2005
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
DR. MEHMET ALİ AK
PROF.DR. HALUK AKSEL
- Numerical simulation of rotary wing flowfields on parallel computers
Döner kanat akış alanlarının paralel bilgisayarlar üzerinde sayısal simülasyonu
EMRE ALPMAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2001
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK
- Numerical simulation of aircraft icing with an adaptive thermodynamic model considering ice accretion
Buz birikimini göz önüne alarak uyarlanmış bir termodinamik model ile uçakta buzlanmanın sayısal benzetimi
HADI SIYAHI
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CİHAT BAYTAŞ
- Gemi etrafındaki sınır tabakanın incelenmesi
A Study on the boundary layer surrocnding ship hulls
BARIŞ BARLAS
- Hipersonik akışta şok-şok ve şok-sınır tabaka etkileşim mekanizmalarının incelenmesi ve ortaya çıkan yüzey isı transferi açısından değerlendirilmesi
Numerical investigation of shock-shock and shock-boundary layer interaction mechanisms and in terms of surface heat transfer at hypersonic flow
AHMET SELİM DURNA
Doktora
Türkçe
2018
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. BAYRAM ÇELİK