Experimental and numerical investigation of radial-radialswirlers under different confinement conditions
Radyal-radyal döndürücülerin farklı hapsetme koşullarında deneysel ve nümerik olarak incelenmesi
- Tez No: 750879
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. MUSTAFA PERÇİN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD), Koherent yapılar, Tohumlama, Yanma odası, Computational fluid dynamics (HAD), Coherent structures, Semination, Combustion chamber
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık Bilimi ve Teknolojileri Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Modern gaz türbin motorlarında, alev kararlılığı sıklıkla akış alanına döndürücü vasıtasıyla dönen bir hava momentumu verilerek sağlanmaktadır. Döndürücüler doğası gereği akış ve çevresel koşullara duyarlıdır ve geometride yapılacak en ufak bir değişiklik akış alanında ciddi değişiklikler meydana getirmektedir. Döndürücü kanallarının dönüş yönü dönürücü performansını etkileyen parametrelerin başında gelmektedir. Literatürde döndürücü kanallarının dönüş yönü genellikle sabit hapsetme oranlarında incelenmiştir ve sonuçlar eş- ve ters- dönüşlü döndürücülerin performanslarının birçok açıdan farklı olduğu görülmüştür. Bu çalışmada, döndürücü kanallarının dönüş yönü farklı hapsetme oranlarında ve 1.2 sabit toplam dönüş sayısında 2 boyutlu-2 hız komponentli Parçacık Görüntülemeli Hız Ölçme Tekniği ile izotermal koşulda incelenmiştir. Deneysel sonuçlara göre eş- ve ters- dönüşlü döndürücülerin performansı hapsetme oranından ters şekilde etkilenmektedir. Hapsetme oranı arttıkça dönen jetin radyal açılması ters- dönüşlü döndürücüde azalırken eş-dönüşlü döndürücüde ise artmıştır. Bütün hapsetme oranı seviyelerinde eş-dçnüşlü döndürücüde daha fazla radyal açılma gözlemlenmiştir. Buna ek olarak, Reynolds-Ortalamalı Navier Stokes analizleri de deneysel sonuçları desteklemek için gerçekleştirilmiştir ve hapsetme duvarı olan durumdaki deneylerle tutarlı sonuçlar elde edilmiştir. Hapsetme duvarı olmayan koşullarda ise Büyük Burgaç Simülasyonu gerçekleştirilmiştir ve deneyle uyumlu sonuçlar elde edilmiştir. Ayrıca, Spektral-POD analizleri gerçekleştirilerek hapsetme oranının koherent akış yapılarının dinamik karakteristiği üzerindeki etkisi incelenmiştir. Spektral-POD sonuçları 1.2 kHz'deki tekli bir helisel yapının eş- ve ters-dönüşlü döndürücü için bütün hapsetme oranlarında görüldüğünü ortaya çıkartmıştır. Ayrıca, Spektral-POD mod şekilleri hapsetme oranının düşük frekanstaki evrensel kararsızlık modlarını ya da yüksek frekanstaki mod yapılarını bastırabildiğini göstermiştir. Son olarak, dönüş sayısı aynı tutulacak şekilde kanal sayısını değiştirmenin devinen girdap çekirdeği frekansına bir etkisi olmadığı gözlemlenmiştir.
Özet (Çeviri)
In modern gas turbine combustors, flame stabilization is achieved by use of swirlers which introduce swirl component to the flow field. Swirlers are inherently sensitive to flow and environmental conditions, and even a minor geometrical modification can change the flow field remarkably. One of the critical parameters that affect the performance of the swirler is the channel orientation of the swirler channels. In the literature, the channel orientation has been mostly investigated at constant confinement ratio levels, and results showed that the performance of the co-rotating (CO) and counter-rotating (CR) swirlers are different in a number of aspects. In this study, the sense of the swirler channel rotation is investigated under different confinement ratio levels at a fixed total swirl number of 1.2 by using a 2D2C PIV system in isothermal conditions. The experimental results show that the confinement affects the CO and CR swirlers oppositely. As the confinement ratio increases, the radial expansion of the swirling jet decreases in the CR swirler while it increases in the CO swirler for the confined cases. For all levels of confinement, a higher degree of radial expansion is observed in the CO swirler. In addition, steady-state RANS simulations are performed to support the experimental findings, which are in good agreement with experimental data except for the unconfined condition. On the other hand, Large Eddy Simulations (LES) provide results that are in a better agreement with the experimental data in the unconfined configuration. Furthermore, a spectral proper orthogonal (S-POD) analysis is conducted to understand the effect of the confinement ratio on the dynamics of coherent flow structures. The S-POD results exhibit a single helical structure with a frequency of 1.2 kHz observed for both CO and CR swirlers under all confinement ratio levels. The S-POD mode shapes reveal that the confinement can suppress low-frequency global instability modes or higher frequency mode structures. Finally, changing the number of channels does not change the frequency of the PVC when the swirl number is kept identical.
Benzer Tezler
- Non-reacting flow characteristics of a novel bluff body and swirl-stabilized partially premixed combustor
Yeni geliştirilen kısmi karışımlı bir yakıcının soğuk akış karakteristikleri
YUNUS EMRE KARASU
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
İstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Experimental and numerical investigation of flow under radial gates
Radyal kapaklardaki akımın sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
MAHMUT TANYERİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Orta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Experimental and numerical investigation of natural convection heat transfer of semicircular-finned radial heat sink at various mounting angles
Çeşitli montaj açilarinda yarim dairesel kanatli radyal isi emicinin doğal konveksiyon isi transferinin deneysel ve sayisal araştirmasi
YOUSIF HASHIM HUSSEIN HUSSEIN
- Numerical and experimental investigation of radial and tree-shaped vascular channels for self-cooling strcutures
Kendini-soğutan yapılar için radyal ve ağaç-şekilli vasküler kanalların sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
ONUR YENİGÜN
Yüksek Lisans
İngilizce
2016
İzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Yükleniyor...
- Za-27 alaşımından imal edilen radyal kaymalı yatakların yorulma davranışının deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the fatigue behavior of radial journal bearing manufactured from za-27 alloy
ERDAR KAPLAN
