Numerical simulation of unsteady flows in solid rocket motors with deforming grids
Katı yakıtlı roket motorlarında daimi olmayan akışların şekil değiştiren ağlar ile sayısal benzetimi
- Tez No: 223532
- Danışmanlar: PROF. DR. KADİR KIRKKÖPRÜ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Katı Yakıtlı Roket Motoru, İkili Zaman Adımlaması, Keyfi Lagrangian-Eulerian Yöntemi, Önşartlandırma, Hareketli Ağ, Çokluağ, Solid Propellant Rocket Motor, Dual Time Stepping, Arbitrary Lagrangian-Eulerian Method, Preconditioning, Deforming Grid, Multigrid
- Yıl: 2007
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 132
Özet
Değişken iç geometriye sahip olan katı yakıtlı roket motorlarında (KYRM) iki boyutlu daimi olmayan akışların benzetimi için yeni bir kapalı ikili zaman adımlama (İZA) algoritması kullanılarak akış çözücü geliştirildi. Zamana bağlı denklemler, keyfi Lagrangian-Eulerian (KLE) sistemi için yazılarak hücre merkezli sonlu hacimler yöntemi ile ayrıklaştırıldı ve yapılı ağlar üzerinde hareketli sınırlar ile çözüldü. Sıkıştırılamaz rejimde yakınsama hızını etkileyen akustik ve taşınım hızları arasındaki fark önşartlandırma tekniği ile ortadan kaldırıldı. Yapay sönümleme terimleri düşük Mach sayılarında doğru olarak hesaplanacak şekilde ayarlandı. Önerilen kapalı ikili zaman adımlama (İZA) algoritmasını kullanan KLE zaman adımlaması, geometrik korunum yasasını (GKY) sağlamakta ve hareketsiz ağlarda elde edilen zaman doğruluğunu korumaktadır. Kullanılan KLE zaman adımlaması, daha az matris çarpımı içermesi ve ters matrisin hesaplanmasını gerektirmediğinden, literatürde mevcut olanlara göre daha basittir. Her bir zaman adımında yeni ağ, cebirsel karşısonlu interpolasyon (KSİ) yöntemine dayanan rahatsızlık yöntemi kullanılarak üretildi. Lokal zaman adımlaması, artık düzeltici ve çokluağ yöntemleri kullanılarak yakınsama hızlandırıldı. KYRM benzeri konfigürasyonlarda daimi ve daimi olmayan soğuk akışların hareketsiz ve şekil değiştiren ağlar kullanılarak başarı ile benzetimi yapıldı. Elde edilen hız profilleri, basınç dalgalanmaları ve girdap kopmaları literatürdeki deneysel, analitik ve sayısal sonuçlar ile uyumludur. Hesaplanan sonuçlar, önerilen kapalı zaman algoritması ile geliştirilen akış çözücünün, değişken iç geometriye sahip olan katı yakıtlı roket motorlarında iki boyutlu daimi olmayan soğuk akışların çözümü ve analizinde kullanılabileceğini göstermektedir.
Özet (Çeviri)
A solver implementing a novel implicit dual time stepping (DTS) algorithm was developed in order to simulate two-dimensional unsteady cold flows in solid rocket motors (SRM) involving variable internal geometry. Time dependent equations were written for an Arbitrary Lagrangian-Eulerian (ALE) system and were solved with moving boundaries on structured grids. Cell-centered finite volume method was adopted for discretization. Preconditioning technique was used in order to remove the disparity between acoustic and convective speeds in the incompressible limit. Artificial dissipation terms were modified to let them scale correctly at low Mach numbers. ALE time stepping scheme, which implements novel DTS algorithm, complies Geometric Conservation Law (GCL) and retains the time-accuracy achieved on stationary grids. Compared to those available in literature, present ALE time stepping scheme has a simpler form, since it has less matrix multiplication and no matrix inversion. Perturbation method based on algebraic Transfinite Interpolation (TFI) was used for generation of new grid at each time step. Convergence was accelerated by means of local time stepping, residual smoothing and multigrid. Steady state and time dependent cold flows in SRM like configurations were simulated successfully using stationary and deforming grids, respectively. Velocity profiles, pressure oscillations and vortex shedding phenomena were computed accurately and they agree with experiment, analytical or numerical solutions. Computed results have shown that the present solver implementing a novel DTS algorithm can simulate two-dimensional unsteady cold flows in SRMs involving variable internal geometry successfully.
Benzer Tezler
- Performance prediction of nozzleless solid propellant rocket motors
Lülesiz katı yakıtlı roket motorlarında performans kestirimi
ALİ CAN ÖZER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK
- Numerical simulation of non-reacting turbulent flows over a constant temperature solid surface in regression
Sabit sıcaklıklı gerilemeli yüzeylerin üzerinden türbülanslı reaksiyonsuz akışların sayısal simülasyonu
CENKER KARAEREN
Yüksek Lisans
İngilizce
2007
Makine MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KAHRAMAN ALBAYRAK
PROF. DR. KAZIM AKYÜZLÜ
- Development and validation of two-dimensional depth-averaged free surface flow solver
Serbest yüzeyli akımlarda iki-boyutlu derinlik ortalamalı denklemlerin çözümü için yazılım geliştirilmesi ve doğrulanması
BURAK YILMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2003
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ.DR. İSMAİL AYDIN
- A parallel monolithic approach for the numerical simulation of fluid-structure interaction problems
Akışkan-yapı etkileşimi problemlerinin sayısal simülasyonu için paralel monolitik bir yöntem
ALİ EKEN
Doktora
İngilizce
2016
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. HAYRİ ACAR
DOÇ. DR. MEHMET ŞAHİN
- A numerical approach for the solutions of fluid dynamics problems in the presence of magnetic field
Manyetik alan etkisindeki akışkanlar mekaniği problemleri için sayısal çözüm yaklaşımları
FATMA SİDRE OĞLAKKAYA
Doktora
İngilizce
2018
MatematikOrta Doğu Teknik ÜniversitesiMatematik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. CANAN BOZKAYA