Reynolds-averaged Navier-Stokes computations of jet flows emanating from turbofan exhausts
Turbofan egzoz çıkışı jet akışının Reynolds-averaged Navier-Stokes ile hesaplanması
- Tez No: 176764
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2008
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 83
Özet
Bu tezde durağan, Reynolds-averaged Navier-Stokes denklemleri kullanılarak tipik bir turbofan egzoz çıkışındaki jet akışının sayısal çözümleri sunulmuştur. Tüm hesaplamalar ticari yazılım FLUENT v6.2.16 kullanılarak yapılmıştır. Farklı türbülans modelleri kullanılarak yapılan değerlendirmeye ek olarak parametrik bir çalışma da yapılmıştır. Türbülanslı jet akışlarını modellemeye ilişkin yaklaşımlar kısaca açıklanmış, çalışmada kullanılan RANS metodu detaylı olarak işlenmiştir.İlk olarak, iki boyutlu bir ejektör geometrisi için çözüm yapılarak, jet akışını modellemeye en uygun türbülans modelinin seçilmesi ve çözücü ayarlarının belirlenmesi istenilmiştir. Bir denklemli Spalart-Allmaras, iki denklemli standart k-?, realizable k-?, k-? ve SST k-? türbülans modelleri ile Yoder'in [21] çalışmasının sonuçları deneysel veri ile karşılaştırılmıştır. SST k-? ve Spalart-Allmaras modelleri deneysel veriye en yakın sonuçları vermiştir. Deneysel veri ile uyuşmazlık özellikle jetin ilk oluşmaya başladığı bölgede görülmüştür, jetin aşağı kesimlerinde sonuçlar deneysel veri ile örtüşmektedir. Akış alanları karşılaştırıldığında, SST k-? ve Spalart-Allmaras haricindeki modeller, türbülanslı alanı daha erken yok etmiştir. SST k-? ve Spalart-Allmaras modelleri ile elde edilen çözümlerde ki türbülans kinetik enerji seviyesinin daha yüksek olduğu görülmüştür. İki boyutlu ejektör geometrisi için yapılan çalışmalar, türbülans modeli belirlemenin problemin gerçek fiziğini yansıtması açısından çok önemli olduğunu göstermiştir. İkinci bir çalışma olarak da gerçekçi boyutlarda, ses altı hızdaki, tipik eksenel simetrik bir turbofan egzoz çıkışındaki akış için hesaplamalar yapılmıştır. Üç farklı seviyede hazırlanan çözüm ağları ile yapılan çalışmaların sonuçları değerlendirilerek, parametrik çalışma için uygun olan çözüm ağı belirlenmiştir. Bu konfigürasyon için de, söz konusu akış şartlarında, farklı türbülans modelleri kullanılarak çözümler alınmıştır. Elde edilen sonuçlar, ortalama akış değerleri ve türbülans değişkenlerine bakılarak kıyaslanmıştır. Ortalama akış değerleri büyük değişiklik göstermezken, türbülans değişkenlerinde farklılıklar gözlemlenmiştir.Parametrik çalışma için SST k-? türbülans modeli kullanılmıştır. Bu çalışmada sınır tabakası kalınlığının ve sınır bölgelerindeki türbülans yoğunluğu değerlerinin akışa olan etkisi incelenmiştir. Sınır tabakası kalınlığı özellikle lülenin uç kısımlarına yakın yerlerdeki jet akışını etkilemiştir. Aşağı kesimlerde ise etkisini yitirdiği görülmüştür. Türbülans yoğunluğunun ise hem ortalama hem de türbülans değerleri üzerindeki etkisinin önemsiz olduğu gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
This thesis presents the results of steady, Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) computations for jet flow emanating from a generic turbofan engine exhaust. All computations were performed with commercial solver FLUENT v6.2.16. Different turbulence models were evaluated. In addition to turbulence modeling issues, a parametric study was considered. Different modeling approaches for turbulent jet flows were explained in brief, with specific attention given to the Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) method used for the calculations.First, a 2D ejector problem was solved to find out the most appropriate turbulence model and solver settings for the jet flow problem under consideration. Results of one equation Spalart-Allmaras, two-equation standart k-?, realizable k-?, k-? and SST k-? turbulence models were compared with the experimental data provided and also with the results of Yoder [21]. The results of SST k-? and Spalart-Allmaras turbulence models show the best agreement with the experimental data. Discrepancy with the experimental data was observed at the initial growth region of the jet, but further downstream calculated results were closer to the measurements. Comparing the flow fields for these different turbulence models, it is seen that close to the onset of mixing section, turbulence dissipation was high for models other than SST k-? and Spalart-Allmaras turbulence models. Higher levels of turbulent kinetic energy were present in the SST k-? and Spalart-Allmaras turbulence models which yield better results compared to other turbulence models. The results of 2D ejector problem showed that turbulence model plays an important role to define the real physics of the problem.In the second study, analyses for a generic, subsonic, axisymmetric turbofan engine exhaust were performed. A grid sensitivity study with three different grid levels was done to determine grid dimensions of which solution does not change for the parametric study. Another turbulence model sensitivity study was performed for turbofan engine exhaust analysis to have a better understanding. In order to evaluate the results of different turbulence models, both turbulent and mean flow variables were compared. Even though turbulence models produced much different results for turbulent quantities, their effects on the mean flow field were not that much significant.For the parametric study, SST k-? turbulence model was used. It is seen that boundary layer thickness effect becomes important in the jet flow close to the lips of the nozzles. At far downstream regions, it does not affect the flow field. For different turbulent intensities, no significant change occurred in both mean and turbulent flow fields.
Benzer Tezler
- Numerical and experimental investigation of boundary layer transition with active and passive flow control methods
Sınır tabaka geçişinin aktif ve pasif akış kontrol yöntemleriyle sayısal ve deneysel incelenmesi
ABDUSSAMET SUBAŞI
Doktora
İngilizce
2017
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN GÜNEŞ
- Computational analysis of external store carriage in transonic speed regime
Harici yük taşımanın transonik sürat bölgesinde hesaplamalı analizi
İ. CENKER ASLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYDIN MISIRLIOĞLU
PROF. DR. OKTAY BAYSAL
- Türbülanslı önkarışımsız metan/hidrojen/nitrojen jet alevinin sayısal olarak modellenmesi ve türbülans modellerinin karşılaştırılması
Numerical simulation of non-premixed methane/hydrogen/nitrogen turbulent jet flame and comparison of turbulence models
MÜRÜVVET DİKER
Yüksek Lisans
Türkçe
2009
Havacılık MühendisliğiHava Harp Okulu KomutanlığıHavacılık Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SEYHAN UYGUR ONBAŞIOĞLU
- Kapalı otoparklarda taşıt yangınının sayısal benzetimine yönelik k-epsilon, LES ve DES çalkantı modellerinin karşılaştırılması
Comparison of k-epsilon, LES and DES turbulence models towards numerical simulation of automobile fires in enclosed car parks
BARIŞ ELBÜKEN
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Kazalarİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İLYAS BEDİİ ÖZDEMİR
- Numerical aeroacoustics investigation of the effect of axial gap length between the rotor and stator of a transonic compressor stage
Transonik kompresörlerdeki rotor ve stator arası eksenel boşluk mesafesinin akustik etkisinin incelemesi
BORA YAZGAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2018
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. ERKAN AYDER