High temperature driven optimization of a hybrid rocket graphite nozzle design
Hibrit roket nozul tasarımının yüksek sıcaklık dayalı optimizasyonu
- Tez No: 863512
- Danışmanlar: PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOL
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Havacılık ve Uzay Mühendisliği, Aeronautical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Hibrit roket motoru, İç akış, Hybrid rocket motor, Internal flow
- Yıl: 2024
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Uçak ve Uzay Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Bu çalışma, düşük maliyetli bir hibrit roket motorunda, oksijen açısından zengin bir ortamda termal ve mekanik yükler altındaki bir nozülün davranışını araştırmayı amaçlamaktadır.Hibrit roket nozülünün termal sınırlama koşullarını incelemek için teorik analiz, sayısal simülasyon ve deneysel test yöntemleri kullanılmıştır. Roket nozülü, CFD yöntemiyle simüle edilmiş ve sonuçlar, bir gaz-oksijen-parafin tabanlı hibrid roket motorunda deneysel olarak incelenmiştir. Ansys Fluent'te iç akışların üç boyutlu bir analizi gerçekleştirilmiş ve reaksiyon rejimi belirlenmiş, Eddy Dissipation Model (EDM) reaksiyonlu tür taşıma modeli olarak seçilmiştir. Akış alanını ve duvar sıcaklık dağılımını öngörmek için hem katı hem de akışkan bölgeleri dikkate alan sayısal modeller geliştirilmiştir. Katı ve akışkan bölgeler birbirine sınır koşulu sağlayarak birlikte çalışır ve çift problemin çözümüne ulaşılmıştır. Teorik olarak, ters ısı iletim problemi çözmek için konjugat gradyan yöntemi kullanılmış ve nozülün ısı akısı ve iç duvar sıcaklığını tahmin etmek için fonksiyon tahmini için iteratif bir teknik benimsenmiştir. Konvektif ısı transfer katsayısı Bartz denklemi kullanılarak hesaplanmıştır.
Özet (Çeviri)
The escalating demand for economical launch solutions catering to small satellite payloads has intensified the exploration of low-cost rocket development. Within this context, hybrid rocket technology has emerged as a promising and cost-effective solution, demonstrating the potential to meet the evolving needs of the space industry. Renowned for their enhanced safety and reliability attributes, hybrid rocket engines present a compelling alternative to traditional bi-liquid propulsion systems, particularly due to their favorable impact on both development and production expenses. This study endeavors to delve into the intricate dynamics of a nozzle operating in a small-scale hybrid rocket engine designed to operate in an oxygen-rich environment under varying thermal and mechanical stresses. The overarching objective is to comprehensively understand the behavior of the nozzle in such conditions, with a specific focus on cost-effectiveness and practicality. To achieve this ambitious goal, a meticulously crafted small-scale hybrid rocket engine has been designed, developed, and subjected to a series of rigorous tests, integrating theoretical analysis, numerical simulations, and experimental testing methodologies. The investigation into the thermal boundary conditions of the hybrid rocket nozzle involves a sophisticated combination of theoretical analysis, numerical simulations using Computational Fluid Dynamics (CFD) methods, and experimental validation through testing on an actual gas-oxygen-paraffin-based hybrid rocket motor. The comprehensive three-dimensional analysis of internal fluxes within Ansys Fluent incorporates the Eddy Dissipation Model (EDM) to simulate reacting species transport under a specifically defined reaction regime. Furthermore, the numerical models developed for this study consider both solid and fluid regions, providing a holistic understanding of the fluid field and wall temperature distribution. This innovative approach involves a collaborative interaction between solid and fluid regions, each contributing essential boundary conditions for the other, resulting in a well-rounded solution to the coupled problem. Theoretical aspects of the study employ the conjugate gradient method along with an iterative technique for function estimation to address the Inverse Heat Conduction Problem (IHCP). This analytical approach aims to estimate heat flux and internal wall temperature of the nozzle, providing critical insights into its performance under varying conditions. Additionally, the determination of the convective heat transfer coefficient through the Bartz equation enhances the accuracy of the overall analysis. By adopting this multifaceted and comprehensive approach, the study not only seeks to unravel the complexities of the hybrid rocket nozzle's behavior but also aims to contribute to the optimization of its performance across a spectrum of operating conditions. This research holds significance not only for its technical insights but al for its potential impact on the future development of low-cost and efficient small-scale satellite launch capabilities.
Benzer Tezler
- Hibrit topoloji optimizasyon platformu geliştirilerek kalıp ve parça tasarımının eş zamanlı gerçekleştirilmesi
Development of a hybrid topology optimization framework and its application on concurrent mold and part design
İBRAHİM TALHA TEKE
Doktora
Türkçe
2025
Makine MühendisliğiBursa Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET HANİFİ ERTAŞ
- Hibrit enerji santrallerinde optimum üretim planlamasına yönelik yapay zekâ tabanlı optimizasyon algoritması geliştirilmesi
Development of an artificial intelligence-based optimization algorithm for optimal generation planning in hybrid power plants
KIRA KARABANOVA
Doktora
Türkçe
2026
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiAkdeniz ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. HAMZA FEZA CARLAK
- Rüzgar enerjisi üretimi tahmininde ağaç tabanlı ardışık sığ ögrenme yöntemlerinin yeni adaptif eğitim tabanlı rekabetçi algoritma ileoptimizasyonu
Optimization of tree-based sequential shallow learning methodsfor wind power generation forecasting using a novel adaptive training-based competitive algorithm
ELİF YÜCESOY
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMersin ÜniversitesiElektrik ve Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN İŞIKER
DR. ÖĞR. ÜYESİ GÖKHAN YÜKSEK
- Hava tahmin modelleri ve yüzdelik dilim regresyonu temelli hibrit güneş enerjisi öngörü sistemi geliştirilmesi ve uygulamaları
Development and applications of a hybrid solar energy forcasting system integrating weather models and quantile regression
AYŞEGÜL BİÇER
Yüksek Lisans
Türkçe
2026
Meteorolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMeteoroloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. AHMET DURAN ŞAHİN
- Effect of temperature on low velocity impact behaviourof glare material
Sıcaklığın glare malzemesinin düşük hızlı darbe davranışıüzerindeki etkisi
BURHAN ÇETİNKAYA
Doktora
İngilizce
2026
Uçak Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiUçak ve Uzay Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ÖZKOL
DR. İLHAN ŞEN