Effect of circular and slot jet impingement design on anti-icing system of an aircraft wing leading edge
Bir uçağın kanat hücum kenarının buz çözme sistemi üzerinde dairesel ve slot jet çarpma tasarımının etkisi
- Tez No: 751974
- Danışmanlar: PROF. DR. KAMİL ARSLAN, DR. ÖĞR. ÜYESİ AHMET ÜMİT TEPE
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Karabük Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Isı Transferi Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 135
Özet
Bu çalışmada, havacılık şirketlerinde bir endüstriyel problem olan buzdan arındırma problemi sayısal olarak araştırılmıştır. Burada, uçakların buzdan arındırma performansını arttırmak için farklı piccolo tüb-hedef yüzey mesafesi (H/d), piccolo tüpün y ekseninde hareketi (L/d), jet açıları (α), farklı boy-en oranı ile slot jet tasarımları, farklı kanatçık pozisyonları (Fposition/Dpiccolo), ve farklı kanatçık boyları (Flength/Dpiccolo) derinlemesine incelenmiştir. Bütün analiz parameteleri için Yüzey Cevap Metodu kullanarak optimizasyon yapılmış olup optimum piccolo tüp-hedef yüzey mesafesi (H/d), piccolo tüpün y ekseninde hareketi (L/d), jet açıları (α), farklı boy-en oranı ile slot jet tasarımları, kanatçık pozisyonları (Fposition/Dpiccolo), ve kanatçık boyları (Flength/Dpiccolo) belirlenmiştir. Sayısal çözümler için Ansys Fluent 2020R2 ticari programı kullanılmıştır. Ayrıca, türbülans denklemlerinin çözümü için SST k-ω (low-Re correction) türbülans modeli kullanılmıştır. Tezin ilk bölümünde hava aracı buzlanma teorisi ve durumu, buz birikiminin uçak üzerindeki etkisi, buz tespit yöntemi, buzdan korunma yöntemi, mevcut buz programları, buzlanma sertifikaları, buzlanmanın fiziği kapsamlı bir şekilde anlatılmıştır. Ayrıca çarpan jetlerin fiziği ayrıntılı olarak ifade edilmiştir. Tezin ikinci aşamasında literatürde yapılan çalışmalardan derinlemesine bahsedilmiş ve yenilikleri açıklanmıştır. Tezin üçüncü bölümünde, sayısal çalışmanın temeli olan matematiksel formülasyonlar verilmiştir. Çalışmada kullanılan fiziksel model (NACA 0015) ve ağ bağımsızlığı çalışması açıklanmıştır. Ayrıca, sayısal çalışmada kullanılan türbülans modeli detaylı olarak sunulmuştur. Tezin dördüncü bölümünde dairesel jetler, slot jetler, kanatlı slot jetler kullanımından elde edilen sonuçlar buzlanma önleme performansı, kullanılabilirliği, üretilebilirliği ve ticarileştirilmesi açısından detaylı olarak sunulmuştur. Sonuç olarak kanatlı slot jet kullanımı, maksimum buzlanma önleme performansını sunduğu belirlenmiştir. Ayrıca, AR=4, Fposition/Dpiccolo=6, Flength/Dpiccolo=0.22 kullanılarak maksimum system değerleri elde edilmiştir. Bu parametreler kullanılarak PDK değeri 1.5 olarak elde edilmiştir. Tezin beşinci bölümünde, optimizasyon yönteminin fiziği ve teorileri kapsamlı bir şekilde açıklanmıştır. Her bir tasarım parametresi için optimizasyon yapmak amacıyla Yüzey Cevap Metodolojisi (YCM) yöntemi kullanılmıştır. Sayısal analizlerden elde edilen sonuçların doğruluğu, her bir faktörün sisteme katkısı, P-değeri ve hem ortalama Nusselt sayısı hem de basınç düşüşü korelasyonları da belirlenmiştir. Optimizasyon ve sayısal sonuçların uyum içerisinde olduğu belirlenmiştir. Çalışmanın sonuçları tezin son bölümünde verilmiştir.
Özet (Çeviri)
In this study, anti-icing problems being an industrial problem in aerospace companies has been numerically investigated comprehensively. Here in, to enhance anti-icing performance of aircrafts, different piccolo tube-to-plate (H/d), piccolo tube position-to-y-direction (L/d), jet angles (α), slot jet designs with different aspect ratios (AR), different fin positions (Fposition/Dpiccolo), and different fin lengths (Flength/Dpiccolo) have also been investigated deeply. Then, the optimization method using Response Surface Methodology (RSM) has been applied to determine optimum piccolo tube-to-plate (H/d), piccolo tube position-to-y direction (L/d), jet angles (α), slot jet designs with aspect ratios (AR), fin positions (Fposition/Dpiccolo), and fin lengths (Flength/Dpiccolo) for each jet types (circular jet, slot jet, slot jet with fin). ANSYS Fluent 2020R2 commercial program has been utilized for all numerical calculations. Also, the SST k-ω (low-Re correction) turbulence model has been used for solving turbulence equation. In the first section of the thesis, the aircraft icing theory and condition, effect of ice accumulation on the aircraft, ice detection method, ice protection method, available icing programs, icing certifications, physics of icing have been explained comprehensively. Also, the physics of impinging jets have been expressed in detail. In the second stage of the thesis, the studies worked in literature have been mentioned deeply and explained their novelties. In the third section of the thesis, mathematical formulations being basis of numerical study have been given. Besides, the physical model used in this study (NACA 0015) and mesh independency study have been elucidated. In addition, the turbulence model to be used in the numerical study has been presented in detail. In the fourth chapter of the thesis, the numerical results taken from using of circular jets, slot jets, slot jets with fin have been presented in detail in terms of anti-icing performance, usability, productibility and commercialization. The usage of slot jet with fin has given the maximum anti-icing performance. Also, the maximum value has been obtained using AR=4, Fposition/Dpiccolo=6, Flength/Dpiccolo=0.22. By using these parameters, the PEC value is obtained as 1.5. In the fifth chapter of the thesis, the optimization method's physics and theories have been explained comprehensively. To do optimization for each design parameter, the Response Surface Methodology (RSM) method has been used. Accuracy of results obtained from numerical analyses, contribution of each factor to the system, P-value and correlations of both average Nusselt number and pressure drop have been also determined. The optimization and numerical results have been good agreements. Conclusions of this study have also been given in the last chapter of the thesis.
Benzer Tezler
- Çarpmalı jet ve rib kullanımının kanal yüzeyindeki soğutma performansına etkilerinin araştırılması
Investigating the effect of impinging jet and rib usage on the cooling performance of the channel surface
ORHAN YALÇINKAYA
- Çarpan hava jeti akışlarında ısı transferinin iyileştirilmesi
Enhancement of heat transfer in impinging air jets
HALUK KELEŞ
Doktora
Türkçe
2022
Makine MühendisliğiKaradeniz Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. YÜCEL ÖZMEN
- An investigation into fluid flow and heat transfer of high frequency synthetic jets for electronics cooling
Elektroniklerin soğutulmasında yüksek frekanslı jetlerin sıvı akışı ve ısı transferi araştırması
OMIDREZA GHAFFARI
Doktora
İngilizce
2016
Makine MühendisliğiÖzyeğin ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET ARIK
- Sabit çıkış projeksiyon alanı ve lüle yüksekliğine sahip dairesel kesitli üç boyutlu hava yastıklarının mukayeseli etüdü
A Comparative study of three-dimensional air cushions with circular cross section, exit projection area and constant nozzle height
ARMAĞAN İNALHAN
- Geçiş kanalları ile kanal içi pervane sistemleri üzerinde pasif akış kontrolü sağlanması ve performansının değerlendirilmesi
Passive flow control over a duct and ducted fan and evaluation of the performance
YÜCEL ORKUT AKTAŞ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Savunma ve Savunma Teknolojileriİstanbul Teknik ÜniversitesiDisiplinlerarası Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. DUYGU ERDEM