The impact of changing obstacle sizes on shock wave generation for various fuel types in detonation engines
Detonasyon motorlarında engel boyutları değişiminin farklı yakıt türleri için şok dalgası oluşumuna etkisi
- Tez No: 833294
- Danışmanlar: DOÇ. DR. AHMET ALPER YONTAR
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Tarsus Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 149
Özet
Bu yüksek lisans tez çalışması kapsamında teorik olarak daha yüksek verime sahip olduğu kanıtlanmış detonasyon motorlarının teorik olarak araştırılması ve HAD analizleri ile bu teorik verilerin desteklenmesi amaçlanmıştır. Detonasyon motorları iki ana bileşen altında incelenmektedir. Bunlardan biri ön-detonatör bir diğeri ise ana-detonatördür. Ön-detonatör detonasyon motorunun şok başlatıcısı olarak kullanılır. Ön-detonatör iki bölümden oluşmaktadır. Bunlardan birincisi yüksek basınç ve sıcaklığa sahip olan sürücü bölgesi, ikincisi ise yanmamış yakıt ve havanın bulunduğu sürünen bölgedir. Bu tez kapsamında, gaz fazındaki asetilen, etilen, etan, metan, kerosen ve hidrojen yakıtı, 3 farklı ekivalans ve 5 farklı blokaj oranında ön-detonatörde şok dalgası oluşturmak için kullanılmıştır. Geometri içerisinde yanma sonucunda oluşan şok dalgasının yüksek basınç ve sıcaklıklara ulaşması viskoziteyi arttırmaktadır. Viskozitesi artan gazın, Reynolds sayısı dolayısıyla hız değeri azalmaktadır. Ön-detonatörde, gazın viskozitesi nedeniyle azalan hızın yükseltilmesi amacıyla geometri içerisine farklı yüksekliklerde ve genişliklerde (0.5-0.75-1-1.25-1.5) türbülans arttırıcı engeller yerleştirilmiştir. Türbülanslı bu yapının gaz karışımının homojenliğini arttırdığı, bunun sonucunda da engellerin şok dalgasının oluşma süresini kısalttığı tespit edilmiştir. Tez kapsamında farklı blokaj oranlarına sahip geometrilerin basınç, sıcaklık, hız ve şok dalgasının oluşum süresi gibi parametreler üzerindeki etkileri incelenmiştir. Analizler bilgisayar destekli hesaplama programına kodlanarak farklı blokaj oranlarında otomatik olarak gerçekleştirilmiştir. Elde edilen veriler daha sonra grafikler ve konturlar ile yorumlanmıştır. Yapılan çalışmalar ışığında ön-detonatör tasarımları yapmak kolaylaştırılmıştır. Ön-detonatör çıkışında elde edilen şok dalgası ana-detonatorde beslenerek şok dalgasının sürekliliğinin sağlanmasında bir yaklaşım geliştirilmiştir. Bu tez kapsamında, yakıt püskürtme süreci ile ilgili enjektör tasarımı, enjektör sayısı ve enjektör konumlandırmaları ile ilgili ön tasarım çalışmaları da gerçekleştirilmiştir. Bu çalışmalar çift faz akış göz önüne alınarak hesaplanmıştır. Çift fazlı akış olması detonasyon motorunun yüksek ısı akısı ve sıcaklığı göz önüne alındığında motorun soğutulması işleminde avantaj olacaktır. Tasarlanan enjektörlerin analizleri 2D ve 3D koşullarda UDF kullanılarak HAD programınca gerçekleştirilmiştir. Bu tez kapsamında isterler doğrultusunda ön-detonatör ve ana-detonatörün tasarımı için bir yaklaşım geliştirilmiş ve çalışmalarda kullanılması adına bilimsel literatüre kazandırılmıştır. Bu verilerden faydalanarak geliştirilebilecek detonasyon motorları ile ülkemiz uzay ve havacılık sanayisine araştırma-geliştirme faaliyetleri kapsamında destek sağlanmış olacaktır. Çalışma kapsamında sunulan veriler ışığında deflegrasyon dalgasının detonasyon dalgasına dönüşüm süreçlerinde fiziksel ve kimyasal parametrelerin etkileri üzerine sunulan veriler alev temelli çalışmaların gelişimi açısından önem arz etmektedir.
Özet (Çeviri)
In this master's thesis, the focus is on the theoretical investigation of detonation engines, which have been proven to have higher efficiency, and supporting these theoretical findings with CFD (Computational Fluid Dynamics) analyses. The study examines two main components of detonation engines: the pre-detonator and the main-detonator. The pre-detonator plays the role of a shock initiator for the detonation engine, comprising two sections: the driver region characterized by high pressure, temperature, and the driven region containing unburned fuel and air. In this thesis, gaseous fuels such as acetylene, ethylene, ethane, methane, kerosene, and hydrogen were used to generate a shockwave in a pre-detonator under three different equivalence ratios and five different blockage ratios. The shock wave resulting from combustion within the geometry leads to elevated pressures and temperatures, thereby increasing viscosity. As the viscosity of the gas increases, it reduces the Reynolds number and, consequently, the velocity. Turbulence-enhancing obstacles were placed within the geometry at different heights and widths (0.5-0.75-1-1.25-1.5) to increase the reduced velocity due to the gas's viscosity in the pre-detonator. It was observed that this turbulent structure enhances the homogeneity of the gas mixture, thus shortening the time required for shock wave formation due to the obstacles. The effects of geometries with different blockage ratios on parameters such as pressure, temperature, velocity, and the formation time of the shock wave were investigated within the scope of the thesis. The analyses were performed using computer-aided calculation software, automatically varying the blockage ratios. The obtained data were then interpreted using graphs and contours. Based on the conducted studies, the design of the pre-detonator was facilitated. An approach has been developed to ensure the continuity of the shock wave by feeding the pre-detonator output to the main detonator. As part of this thesis, preliminary design work on the injector design, the number of injectors, and the injection positioning related to the fuel spraying process has also been carried out. These studies were calculated taking into account the two-phase flow. The two-phase flow would be advantageous in cooling the engine, given the high heat flow and temperature of the detonation engine. The analyses of the designed injectors were conducted using User-Defined Functions (UDF) in the CFD program under both 2D and 3D conditions. In the context of this thesis, an approach for designing pre-detonators and main detonators in accordance with the requirements was established and contributed to the scientific literature for use in research and development activities in the field. By using these data, our country's aerospace sector will be supported in the chassis of research and development activities for detonation engines that can be produced using this knowledge. The data reported in the chassis of the study, in light of the effects of physical and chemical parameters in the transition stages from deflagration waves to detonation waves, are significant for the advancement of flame-based research.
Benzer Tezler
- Gelişmekte olan ülkelere yönelik uluslararası sermaye hareketleri ve Türkiye
International capital flaws to emerging markets Turkey
SERKAN ASLAN
Yüksek Lisans
Türkçe
2001
EkonomiMarmara ÜniversitesiSermaye Piyasası ve Borsa Ana Bilim Dalı
Y.DOÇ.DR. ÖZLEM KOÇ
- Mevcut betonarme bir binanın çelik kat ilavesi sonrası güçlendirilerek 2018 TBDY kapsamındaperformansının değerlendirilmesi
Evaluation of the performance of an existing reinforced concrete building retrofitted after steel floor addition under the scope of 2018 TBEC
UFUK YILMAZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
İnşaat Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. GÜLİZ BAYRAMOĞLU
- Elektrikli araçların dağıtım şebekesine etkisinin maliyet analizi ve genetik algoritma ile en iyileştirilmesi
Effects of electric vehicles on distribution network, cost analysis and optimization with genetic algorithm
HAZAL ÇİFTÇİ
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. BELGİN EMRE TÜRKAY
- Kentsel sit niteliklerinin mekansal istatistik yöntemleriyle tanımlanması
Definition of urban conservation site features by spatial statistical methods
ZEYNEP ÖZDEMİR
Doktora
Türkçe
2021
Şehircilik ve Bölge Planlamaİstanbul Teknik ÜniversitesiŞehir ve Bölge Planlama Ana Bilim Dalı
PROF. DR. TURGAY KEREM KORAMAZ
- Uluslararası hukukta iklim değişikliğinin denizler üzerindeki etkileri
The effects of climate change on the seas in international law
UĞUR KAYNAKÇIOĞLU