Experimental and numerical study on pseudo-shock structures in a mixed compression rectangular supersonic intake
Karma sıkıştırmalı dikdörtgen ses-üstü bir hava alığında benzetik şok yapıları üzerine deneysel ve sayısal çalışma
- Tez No: 826551
- Danışmanlar: PROF. DR. YUSUF ÖZYÖRÜK
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Havacılık Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Orta Doğu Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 275
Özet
Bu çalışma, karma sıkıştırmalı, dikdörtgen, ses-üstü bir hava alığında, şok dalgası sınır tabakası etkileşimi ile ilişkili karmaşık akış yapıları olan benzetik şokların karakteristiklerini araştırmaktadır. Farklı Mach sayıları ve sızma havası uygulamaları için benzetik şok yapılarını incelemek üzere rüzgar tüneli deneyleri ve sayısal benzetimler gerçekleştirilmiştir. Deneysel yaklaşım, hava alığı boyunca ve çıkışında basınç dağılımının ölçülmesi ve yüksek hızlı gölge ölçümü tekniği kullanılarak elde edilen görüntülerle benzetik şokların görselleştirilmesini içerir. Farklı arka basınç kısılması için benzetik şokların salınımlı davranışı analiz edilmiş ve arka basınç kısılmasındaki geçişlerin şok yapıları ve basınç dağılımı üzerindeki etkileri incelenmiştir. Ayrıca, arka basınç kısma yönüne göre, şok yapılarının histerez davranışı, hava alığı boyunca alınan basınç ölçümleri üzerinden incelenmiştir. Dahası, karakteristik diyagramlar elde edilmiş ve hava alığı konfigürasyonlarının performansı ve çalışma modları incelenmiştir. Sayısal benzetimlerde, Menter'in Kesme Gerilimi Taşıma ve Temel k-ω türbülans modelleri kullanılmış ve benzetik şoklar için modellerin kestirim yeteneklerinin araştırılması ve hava alığı içerisindeki akışın incelenmesi hedeflenmiştir. Ayrıca, Kesme Gerilimi Taşıma modelinde bulunan gerilim sınırlayıcı katsayının etkisi de incelenmiştir. Deneysel verilerle karşılaştırma, hem gölge ölçümü görüntüleri hem de basınç verileri kullanılarak yapılmıştır. Deneysel sonuçlar, benzetik şokların salınımlı davranışının benzetik şokun ilk şokunda, hava alığı boğazına oranla %45 mertebesinde yerdeğişim salınımına neden olabileceğini göstermiştir. Benzetik şok yapıları sızma havası kanalı ile etkileşime girdikçe salınım miktarı azalmaktadır. Ayrıca, arka basınç vanası kısıldıkça, bazı geçişlerin, şok yapılarında ani değişikliklere, şok treninin yöneliminin aniden değişmesine, rampa ve davlumbaz yüzeylerindeki sonik hatların ayrılmasına veya yüzeye bağlanmasına neden olduğu gözlenmiştir. Dahası, ani değişiklik noktalarının histerez davranış sergileme eğiliminde olduğu gözlenmiştir. Sayısal benzetimler, davlumbaz ve rampa tarafındaki ayrılma kabarcıklarının, şok treninin yönelimini belirlemede önemli olduğunu göstermektedir. Ayrıca, benzetim sonuçları ile deneysel veriler arasındaki karşılaştırma, Kesme Gerilimi Taşıma ve Temel modelleri arasında, özellikle görece düşük arka basınç koşullarında dikkate değer bir fark olduğunu ortaya koymaktadır. Gerilim sınırlayıcı katsayının da benzetim sonuçları üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu görülmüştür. Ancak, arka basınç arttıkça ve hava alığı çalışma modu kritik moda yaklaştıkça, sonuçlar arasındaki fark azalmaktadır.
Özet (Çeviri)
This study investigates the characteristics of pseudo-shocks, which are complex flow structures related to shock wave boundary layer interactions (SWBLI) in a mixed compression, rectangular, supersonic intake. Wind tunnel experiments and numerical simulations are conducted to examine the pseudo-shock structures under different conditions, including variations in Mach number and bleed configurations. The experiment approach involves measuring pressure distribution along and at the exit of the intake and visualizing the pseudo-shocks using the high-speed shadowgraphy technique at various levels of back pressure throttling, generated with a back pressure valve. The oscillatory behaviour of the pseudo-shocks during the dwell time of the back pressure valve is analyzed, and the effects of back pressure throttling transition on shock structures and pressure distribution are examined. Moreover, the hysteresis behaviour, resulting from the throttling direction of the back pressure valve, is examined. Further, characteristics diagrams are obtained, and the performance of the air intake test items and the modes of operations are examined. The numerical simulations utilize Menter's Shear Stress Transport (SST) and Baseline (BSL) k-ω turbulence models, with a focus on investigating the models' predictive capabilities for pseudo-shocks and examining the flow field within the intake. Moreover, the effect of a parameter related to the stress-limiter of the SST model is also investigated. Comparison with the experimental data is done using both the shadowgraph images and the pressure measurement data. The experimental results show that, as the back pressure valve proceeds, some transitions lead abrupt changes in the shock structures such as sudden change of the orientation of the shock-train and separation or attachment of sonic lines on the ramp and cowl surfaces. Furthermore, those points of abrupt changes are also prone to exhibit hysteresis behaviour. The oscillatory nature of the pseudo-shocks can cause the first shock of the pseudo-shock to oscillate with a displacement amplitude of 45% of the throat height of the intake. As the pseudo-shock structures start to interact with the bleed region, the maximum amount of displacement of the shocks during oscillations decreases. The numerical simulations show that the relative sizes of the separation bubbles on the cowl and ramp side are important in determining the orientation of the shock-train. Additionally, the comparison between the simulation results and the experimental data revealed that there are noticeable differences between the SST and BSL models at lower throttled conditions. The stress-limiter parameter was also found to have an apparent impact on the simulation results. However, as the throttling increases and the mode of operation approaches the critical, the disparity between the results decreases.
Benzer Tezler
- The effect of infill walls on the seismic performance of boundary columns in reinforced concrete frames
Betonarme çerçevelerde dolgu duvarların kenar kolonların sismik performansına etkisi
AKSEL FENERCİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
İnşaat MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BARIŞ BİNİCİ
- Transonik dış akımın sonlu hacimler yöntemiyle çözülmesi
Transonic external flow calculations using a finite volume method
FIRAT OĞUZ EDİS
- Pompa çarkları içindeki akışın sayısal çözümlenmesi
Başlık çevirisi yok
KEMAL SARIOĞLU
Doktora
Türkçe
1997
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. METE ŞEN
- Vibration response prediction methodologies for coupled structures
Bağlanmış yapılar için titreşim tepki öngörüsü yöntembilimi
HAKAN UÇAR
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN
- Experimental and numerical prediction of structure borne noise in a heavy duty truck cabin and a novel regularization methodology for FRF based substructuring
Bir ağır kamyon kabininde oluşan yapısal kaynaklı gürültü seviyesinin deneysel ve nümerik modeller ile tahmin edilmesi ve FRF tabanlı alt sistem analizi için yeni bir düzenlileştirme metodolojisi geliştirilmesi
HAKAN YENERER
Yüksek Lisans
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiKoç ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. FATMA İPEK BAŞDOĞAN