Geri Dön

Effects of diffusion in hypersonic flow

Hipersonik akışlarda difüzyon etkisi

PDF İndir

  1. Tez No: 441951
  2. Yazar: HİLMİ BERK GÜR
  3. Danışmanlar: DOÇ. DR. SİNAN EYİ
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2016
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 79

Özet

Hypersonic flows become popular due to its use in space explorations and military applications. It occurs normaly, when a space shuttle re-enter to the atmosphere. Space shuttles are exposed to high temperatures and high pressures because of Earth's atmposhere and gravity. In addition in high temperatures, gases tend to react with each other. These reactions also have effects on shuttle's surface. In order to calculate these effects, all physical phenomena must be calculated. One of these phenomena is diffusion. Diffusion can be identified as movement of the species (O2;N2; ie:). There are various models for diffusion. Fick's Law of Diffusion is simplest one. In Fick's Law, concentration differences of the species are taken as a driving force. However, there are more effects rather than concentration differences. Therefore, the most frequently applied model is the Stefan-Maxwell Diffusion Equation. In this model, diffusion fluxes are calculated not only with concentration differences but also, with diffusion fluxes of other species. In diffusion calculation, diffusion coefficient or diffusivity plays an important role as conductivity constant. One method to calculate diffusivity is Constant Lewis Number method. It is assumed that, Lewis number does not change with the temperature gradient. Bertin [4] used more complex and accurate model. He calculated diffusivity with the effect of molecular properties. Lastly, Stefan-Maxwell calculated diffusivity with the effect of different species and their collision. These calculations are examined with each cases. In this thesis, Apollo AS-202 Command Module is selected as a re-entry shuttle. Structural grid is applied v around the geometry. Newton-GMRES method is used to solve flow field. Different CFD considerations are used in order to calculate the physical effects accurately in terms of numerical efficiency. The solution must be independent of grid size. Therefore four different grids are used; course, medium and fine grid, to analyze grid independence. Van Leer flux splitting method is selected as Flux splitting method. In this study diffusion effects in hypersonic flow are studied and compare it with experimental results and calculation with different models

Özet (Çeviri)

Günümüzde uzay ke¸siflerinin artması ile hipersonik akı¸s anlanlarına duyulan ilgi de artımı¸stır. Hipersonik alanlar genellikle uzaydan dünyaya do˘gru geçi¸s yaparken gözlemlenmektelerdir. Dünya atmosferinin nedeni ile bu tarz akı¸slar hızlıdır ve yüksek sıcaklık ve basınç gözlemlenir. Yüksek sıcaklıklardan dolayı atmosferde bulunan gazlar birbirleri ile tepkimeye girme e˘gilimindedirler. Tepkimeler, sıcaklık ve basınç dünyaya giri¸s yapan uzay araçlarının güvenli˘ginde önemli bir rol oynamaktadır. Bu yüzden hipersonik akı¸sların her yönü ile incelenmesinde yarar vardır. Bu yönlerden biri de difüzyondur. Difüzyon basit olarak gazların ortamdaki hareketidir. Difüzyonu anlamak için modellere ihtiyaç vardır. Bu modellerin en temeli ve en basiti ise Fick'in difüzyon kanunudur. Bu kanunda difüzyonun nedeni sadece gazların olu¸sturdu˘gu konsantrasyon farkıdır. Bahsedildi˘gi gibi bu kanun çok temel bir kanundur ve difüzyonun tam olarak incelenmesi için daha detaylı modellere ihtiyaç vardır. Stefan-Maxwell Difüzyon denklemi, Fick'in kanuna göre daha detaylı oldu˘gu için seçilmi¸stir. Bu denklemde konsantrasyon farkının yanında gaz türlerinin birbirleri ile etkileride i¸slenmi¸stir. Difüzyon hesaplamalarında difüzyon sabitinin çok önemli bir yeri vardır. Bu sabiti hesaplayabilmek için, bu çalı¸smada üç farklı yol izlenmi¸stir. Bu yollardan biri sabit Lewis numarasıdır. Bu yolda difüzyon sabiti sıcaklı˘gın de˘gi¸siminden etkilenmeden hesaplanmaktadır.Bertin daha etkili bir yol ile bu sabiti hesaplamı¸stır. Bu yöntemde gaz türlerinin birbirlerine yaptıkları etkiler de göz önüne alınmı¸stır. Son olarak Stefan ve Maxwell gaz türlerinin birbirleri ile çarpı¸smasını ve üç türün vii birbirleri ile etklierini göze almı¸slardır. Bu analizlerin yapılabilmesi için geometri olarak Apollo AS-202 kumanda modülü seçilmi¸stir. Geometrinin çevresine yapısal gridler atılmı¸stır. Akı¸s alanını çözmesi için de Newton- GMRES hesaplama yöntemi seçilmi¸stir. Yapılan analizlerin nümerik olarak do˘gru olamsı için farklı hesaplama yolları kullanılmı ¸stır. Aynı zamanda yapılan hesapların kullanılan gridlerden ba˘gımsız olabilmeleri için üç farklı gridlerde analizler yapılmı¸s ve kar¸sıla¸stırılmı¸stır. Akı hesapları için Van Leer ve Steger Warming akı hesapları kullanılmı¸stır. Sonuç olarak, bu çalı¸smanın sebebi hipersonik akı¸sları anlamak ve onları mümkün oldu˘gunda do˘gru bir ¸sekilde çözebilmektir.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    613037

    Ablation modeling for high speed internal and external flows

    Yüksek hızlı ı̇ç ve dış akışlar ı̇çı̇n ısıl aşınmanın modellenmesı̇

    OĞUZ KAAN ONAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2020

    Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. SİNAN EYİ

  2. Tez No

    397787

    Longitudinal dispersion of heavy particles in a free surface flow over rough bed

    Serbest yüzey akımında pürüzlü taban üzerinde ağır parçacıkların boyuna dispersiyonu

    SELÇUK DEMİRBAŞ

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2015

    İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Kıyı Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MEHMET SEDAT KABDAŞLI

    DOÇ. DR. VEYSEL ŞADAN ÖZGÜR KIRCA

  3. Tez No

    96395

    Katalitik membran prosesler kullanılarak atıksulardan fenol giderimi

    Phenol degredation from wastewater by using catalytic membrane processes

    ELİF ERHAN

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2000

    Çevre MühendisliğiAtatürk Üniversitesi

    Çevre Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. BÜLENT KESKİNLER

  4. Tez No

    365570

    DRBEM applications in fluid dynamics problems and DQM solutions of hyperbolic equations

    Akışkanlar Dinamiği Problemlerinde Karşılıklı Sınır Elemanları Metodunun Uygulamaları ve Hiperbolik Denklemlerin Diferansiyel Kareleme Metodu ile Çözümleri

    BENGİSEN PEKMEN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    MatematikOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Bilimsel Hesaplama Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. MÜNEVVER TEZER

  5. Tez No

    349640

    Yüksek safiyette molibden tozunun spark plazma sinterleme yöntemi ile şekillendirme şartlarının belirlenmesi ve karakterizasyonu

    Determination of sintering conditions and characterization of high purity molybdenum powder by spark plasma sintering

    FATİH DENİZALP

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2012

    Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    İleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜLTEKİN GÖLLER

Geri Dön