Ice accretion simulation and scaling analysis for conceptual design of an icing wind tunnel
Buzlanma rüzgar tünelı̇nı̇n kavramsal tasarımı ı̇çı̇n buz oluşumu sı̇mülasyonu ve ölçeklendı̇rme analı̇zı̇
- Tez No: 826867
- Danışmanlar: PROF. DR. SERKAN ÖZGEN
- 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: Havacılık ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 262
Özet
Aerodinamik yapılarda buzlanma, aerodinamik bileşenin performansını düşürmesi ve ölümcül kazalara neden olması sebebiyle dikkate alınması gereken en önemli problemlerden biridir. Bu sebepten, buzlanmanın sebeplerini, yoğunluğunu ve fiziğini araştırabilmek amacıyla deneysel çalışmaların yapılması zaruridir. Ayrıca, hava araçlarının geliştirilmesinde sertifikalandırma süreçleri ve bu süreçlere uyum kaçınılmazdır. Bu nedenlerden dolayı, buzlanma rüzgar tüneli (BRT) çalışmaları, buzlanma tahmini ve sertifikalandırma için maliyet, güvenlik ve uygulanabilirlik açısından en uygun yöntemdir. Ancak bu bileşenlerin boyutları çoğu var olan BRT için büyük olduğundan ötürü uçuş durumunda oluşan buzlanmayı birebire elde edebileceğimiz buz ölçeklendirme çalışmasının yapılması gereklidir. Bu çalışma dahilinde geometri, akış, damlacık hareket, toplam yakalanan su, enerji dengesi ve yüzey-su dinamiklerini eşleştiren bir benzetim modeli oluşturulmuştur. Bu benzetim modelindeki parametreler baz alınarak, ölçeklendirmedeki üstün doğruluğu ve daha fazla ölçeklendirme terimi içermesi nedeniyle Modified Ruff Metodu ile bir ölçeklendirme hesaplaması yapılmıştır. Bu hesaplamaların çıktıları ile Aeromsice-2D buzlanma tahmini kodu ile farklı referans durumları için analizler yapılmış, deneysel veriler ile referans ve ölçeklendirilmiş buzlanma sonuçları karşılaştırılmıştır. Bu hesaplamalardaki sınırlamalar ve fiziksel gereksinimler ile 14 CFR Appendix C to Part 25 standardında bulunan gereksinimler, buzlanma rüzgar tünelinin teknik özellikleri belirlenmiştir. Farklı rüzgar hızları, su damlacık boyutları, sıcaklıklar ve buz birikim koşullarından oluşan durumlar ve ölçeklendirilmesinden elde edilen teknik bilgi ve sınırlamalardan bir BRT'nin kavramsal tasarımı yapılmış ve doğrulanması amacıyla ticari hesaplamalı akışkanlar dinamiği yazılımı olan ANSYS Fluent ile analizleri icra edilmiştir. Ortaya çıkan sonuçlar ile tasarım süreçleri tekrar düzenlemeye gidilip BRT tasarımı nihai halini almıştır.
Özet (Çeviri)
Icing in aerodynamic structures is one of the most important problems to be considered due to its negative impact on the performance of aerodynamic components and its potential to cause fatal accidents. Hence, it is necessary to conduct experimental studies to investigate the causes, intensity, and physics of icing. Additionally, certification processes and compliance with these processes are inevitable in the development of aircraft. For these reasons, icing wind tunnel (IWT) studies are the most suitable method in terms of cost, safety, and feasibility for icing prediction and certification. However, since the dimensions of these components are often large for existing IWTs, it is necessary to conduct a scaling study to directly obtain in-flight icing. In this study, a similitude model was developed that matches the geometry, flow-field, droplet trajectory, total water catch, energy balance, and surface-water dynamics. Based on the terms in this similitude model, a scaling calculation was performed using the Modified Ruff Method due to its superior accuracy and inclusion of more scaling terms. The outputs of these calculations were used to analyze different reference conditions using the Aeromsice-2D icing prediction code, and the experimental data was compared with the reference and scaled icing results. The technical specifications of the icing wind tunnel were determined based on the limitations and physical requirements of these calculations and the requirements specified in 14 CFR Appendix C to Part 25. Various scenarios consisting of different air velocity, droplet sizes, temperatures, and ice accumulation conditions, as well as the technical information and limitations obtained from the scaling, were used to perform the conceptual design of an IWT and its verification was carried out using the commercial computational fluid dynamics software ANSYS Fluent. The design process was revised based on the results obtained and the IWT design reached its final form.
Benzer Tezler
- Scaling for icing wind tunnel tests and validation with numerical simulations
Buzlanma rüzgar tüneli testlerinde ölçeklendirme ve sayısal analizlerle doğrulanması
GİZEM ÖZBEK YANMAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERKAN ÖZGEN
- An ice accretion prediction tool for airfoils based on OpenFOAM
OpenFOAM'a dayalı uçak kanatları için bir buzlanma tahmin aracı
SEGHAER HOSSEIN EDEEB
Doktora
İngilizce
2019
Havacılık MühendisliğiAtılım ÜniversitesiMühendislik Sistemlerinin Modellenmesi ve Tasarımı Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HASAN UMUR AKAY
PROF. DR. SERKAN ÖZGEN
- Numerical simulation of aircraft icing with an adaptive thermodynamic model considering ice accretion
Buz birikimini göz önüne alarak uyarlanmış bir termodinamik model ile uçakta buzlanmanın sayısal benzetimi
HADI SIYAHI
Doktora
İngilizce
2022
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CİHAT BAYTAŞ
- In-flight icing simulation on engine nacelles
Hava alığı üzerinde uçuş esnasında buzlanma simülasyonu
NERMİN UĞUR
Yüksek Lisans
İngilizce
2017
Havacılık MühendisliğiOrta Doğu Teknik ÜniversitesiHavacılık ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERKAN ÖZGEN
- Kanat profili üzerinde oluşan buzun iki boyutta matematiksel modellenmesi ve sayısal çözümü
Two dimensional mathematical modelling and numerical solution of accumulated ice on wing profiles
RAMAZAN DÖKME
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET CİHAT BAYTAŞ