Experimental and numerical investigation of regenerative cooling with subcooled nucleate boiling in liquid rocket engines
Sıvı yakıtlı roket motorlarında aşırı soğutulmuş kabarcıklı kaynamalı rejeneratif soğutmanın deneysel ve sayısal incelenmesi
- Tez No: 825513
- Danışmanlar: PROF. DR. CÜNEYT SERT
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 173
Özet
Sıvı yakıtlı roket motorlarının (SYRM) geliştirilmeye başlanmasından bu yana, ısıl sebeplerden başarısızlığa uğramaması için motoru (yanma odası ve lüle duvarları) soğutmaya ihtiyaç duyulmaktadır. SYRM'lerin soğutulması için en sık kullanılan teknik rejeneratif soğutmadır. Bu teknikte yakıtlardan biri ya da ikisi birden enjektöre girmeden önce motor duvarları içindeki kanallardan geçerek soğutucu olarak görev görür. Bu çalışmada, SYRM tasarlama sürecinde rejeneratif soğutmanın modellenmesini sağlayacak komple bir tasarım ve benzetim aracı geliştirilmiştir. Benzetim aracı üç çözücüden oluşmaktadır; bir boyutlu (1B) tasarım aracı, iki boyutlu (2B) ısı iletimi çözücüsü ve özgür, açık kaynaklı bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı olan OpenFOAM tabanlı bir üç boyutlu (3B) iki fazlı akış çözücüsü. 1B tasarım aracı, geometrik parametrelerin soğutma kanalı tasarımına etkisini incelemek için ısıl devre modeline dayalı olarak çalışan en basit ve en hızlı yöntemdir. 2B model, sonlu farklar yöntemi kullanarak motorun katı kısmında çözüm yapıp duvar sıcaklıklarını tahmin etmekte ve buna ek olarak aşırı soğutulmuş kabarcıklı kaynamanın yerini belirleyerek ve buna göre ısı transferi değerlerini değiştirerek kabarcıklı kaynamanın tasarımlarda kullanılmasını sağlar. 3B benzetim aracı gerçek soğutma kanalı geometrileri için kabarcıklı kaynama ve eşlenik ısı aktarımı hesabı yapabilmektedir. Doğruluğu yüksek ve hesaplama gücünü kullanım açısından verimli bir 3B çözücü oluşturmak için, farklı faz değişimi modelleri ve model parametreleri incelenerek rejeneratif soğutma kanalı benzetimleri için en uygun olan kombinasyon seçilmiştir. Ayrıca araç seti, bu çalışmanın bir parçası olarak geliştirilen bir test düzeneği kullanılarak düz bir soğutma kanalında yapılan çeşitli deneylerle doğrulanmıştır.
Özet (Çeviri)
Ever since the development of liquid rocket engines (LRE), there has been a need to cool the engine, i.e. combustion chamber and nozzle wall, to prevent thermal failure. The most common approach for this is regenerative cooling, where one or both of the propellants flow as coolants inside the passages of the engine walls before entering the injector. In this study, a complete tool set has been developed that enables design and simulation of regenerative cooling phenomenon during the design of an LRE. The developed set consists of three tools, a one-dimensional (1D) design tool, a two-dimensional (2D) heat conduction solver, and a three-dimensional (3D) two phase flow solver based on the free and open source computational fluid dynamics software, OpenFOAM. The 1D design tool is simple and fast, and uses thermal circuit modeling to investigate the effect of geometrical parameters on the cooling channel design. The 2D tool simulates heat conduction in the solid walls of the engine to predict wall temperatures using the finite difference technique. It also enables the use of nucleate boiling by locating the subcooled nucleate boiling onset point and using appropriate heat transfer rates. The 3D simulation tool is capable of solving two-phase nucleate boiling and conjugate heat transfer in real cooling channel geometries. In order to create an accurate and computationally efficient 3D solver, different phase change models and model parameters have been investigated and their optimal combination of them for regenerative cooling channel simulations is selected. In addition, the developed computational tool set is validated through experiments on a straight cooling channel by using a test setup designed, manufactured and used as a part of this work.
Benzer Tezler
- Ev tipi ürünlere entegre ısı pompalı atmosferik su jeneratörü tasarımı
Household appliance integrated heat pump atmospheric water generator design
SERKAN SOLMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2016
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. SERTAÇ ÇADIRCI
- Hava akış yönlendirici kanatların kullanımının prizmatik lityum-iyon batarya sıcaklığı üzerine etkisinin farklı çalışma şartlarında deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of the usage of air diverter fins on temperature of prismatic li-ion battery for different operation conditions
MUHAMMET YASİN KABA
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiErzincan Binali Yıldırım ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ ALİ CELEN
- Airfoil tip kanatlı çapraz akışlı ısı değiştiricisinde akış ve ısı transferinin deneysel ve sayısal olarak incelenmesi
Experimental and numerical investigation of flow and heat transfer in airfoil type finned cross flow heat exchanger
OKAN KAAN AKSUOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2021
Makine MühendisliğiAtatürk ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSAK KOTCİOĞLU
- Birinci metatarsofalanks ekleminin birleştirilmesinde (füzyonunda) stapler ve açı oluşumlarının deneysel ve sonlu elemanlar yöntemiyle incelenmesi
Experimental and finite element method investigation of stapler and angle formations in joining (fusion) of the first metatarsophalangx joint
GÜLİSTAN DURSUN
Yüksek Lisans
Türkçe
2023
Makine MühendisliğiSakarya ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ OSMAN İYİBİLGİN
DOÇ. DR. LEVENT BAYAM
- Yeni bir sıvı-sıvı plakalı ısı değiştiricisinin sayısal ve deneysel olarak incelenmesi
Numerical and experimental investigation of a novel liquid-liquid plate heat exchanger
MEHMET TAHİR ERDİNÇ
Doktora
Türkçe
2019
Makine MühendisliğiOsmaniye Korkut Ata ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TUNCAY YILMAZ