Numerical predictions of the scaling parameters for highly underexpanded jets
Numerical predictions of the scaling parameters for highly underexpanded jets
Dosyalar
Tarih
2004
Yazarlar
Orkun, Ertim
Süreli Yayın başlığı
Süreli Yayın ISSN
Cilt Başlığı
Yayınevi
Institute of Science and Technology
Özet
Bu çalışmada bir ticari bilgisayar programı olan Fluent 6.0 kullanılarak az genişlemiş sonik olarak atmosfer koşullarına çıkış yapan serbest jet akışları boyunca incelenmiştir. Çalışmanın amacı jet akışının gelişimini, merkez hattı boyunca hız dağılımlarının ve jetin genişleme oranının incelenmesidir. Sıkıştınlamaz türbülanslı jet akışlarının temel öğeleri tam -olarak anlaşılmış olmasına rağmen, az genişlemiş sonik jetleri genişleme dalgalan, şok gibi karmaşık akış olayları nedeniyle tam olarak anlaşılamamıştır. İdeal gaz kabulü, adyabatik akış gibi kabuller kullanılarak az genişlemiş jetleri genelleyen, boyutsuzlaştıran parametreler bulunmuştur. Buna benzer bir çalışma Yüceil ve Ötügen tarafından yapılmış, deneysel sonuçlar, bulunan bazı parametreler ile boyutsuzlaştınlmıştır. Bu tez çalışmasında, sayısal hesaplamalar sonucunda jet yakın ve uzak bölgeleri için elde edilen sonuçlar sonik durumda 7.5, 15.5 ve 20.3 lik az genişleme oranlan (çıkış basınç / ortam basıncı) için deneysel olarak bulunan sonuçlar ile karşılaştınlmıştır. Uzak bölge için yapılan çalışmalarda 15.5 ve 20.3 basınç oranlan için uzak bölge sonuçlan sayısal olarak elde edilerek, Yüceil ve Ötügen tarafından elde edilen ölçekleme parametreleri ile boyutsuzlaştmlmış ve sonuçlar deneyler ile kıyaslanmıştır. Karşılaştırmalar yakın bölge ve uzak bölge olarak iki ayn bölgede yapılmıştır. Hesaplamalar sırasında k-co turbülans modeli kullanılmış, farklı çözüm bölgeleri kullanılarak çeşitli çözümler elde edilmiş ve çözüm bölgesi geliştirme çalışmalan yapılmıştır. Yakın bölge sonuçlannda deneysel sonuçlara yaklaşılırken, uzak bölge sonuçlannda boyutsuzlaştınlan sonuçlar beklendiği gibi lineer bir yaklaşım sergilerken deneysel sonuçlar ile farklılıklar göstermiştir.
In this study, numerical calculations are done by using a commercial computer program, Fluent 6.0, to investigate highly underexpanded sonic jets. The objective is to study certain characteristics of the jet flow such as the jet evolution, centerline velocity decay and jet growth rate. Although the fundamental structure of incompressible turbulent free jets are well understood, underexpanded jets present complex flow features such as expansion and shock waves, and are not fully understood. With some assumptions such as ideal gas, adiabatic flow etc. some expressions are found to generalize the underexpanded jet flow. By employing proper scaling parameters to be used to normalize the flow properties, generalization of different cases is possible. Such an attempt has been made by Yüceil and Ötügen in an experimental study using an underexpanded sonic jet for various underexpansion ratios. In the present study, results for the near field and the far field of the jet were compared with experimental data for the sonic jet with underexpansion ratios of 7.5, 15.5 and 20.3. Far field results for underexpansion ratios of 15.5 and 20.3 were obtained and by using the scaling parameters taken from studies of Yuceil and Otugen, results were scaled and compared with the experimental data. The effects of turbulent mixing in the near field are also observed. Results show that the numerical prediction of the flow field of underexpanded jets could not only be an alternative to the extensive experimental work required for these flows but also reduce the amount of work to investigate and study different cases.
In this study, numerical calculations are done by using a commercial computer program, Fluent 6.0, to investigate highly underexpanded sonic jets. The objective is to study certain characteristics of the jet flow such as the jet evolution, centerline velocity decay and jet growth rate. Although the fundamental structure of incompressible turbulent free jets are well understood, underexpanded jets present complex flow features such as expansion and shock waves, and are not fully understood. With some assumptions such as ideal gas, adiabatic flow etc. some expressions are found to generalize the underexpanded jet flow. By employing proper scaling parameters to be used to normalize the flow properties, generalization of different cases is possible. Such an attempt has been made by Yüceil and Ötügen in an experimental study using an underexpanded sonic jet for various underexpansion ratios. In the present study, results for the near field and the far field of the jet were compared with experimental data for the sonic jet with underexpansion ratios of 7.5, 15.5 and 20.3. Far field results for underexpansion ratios of 15.5 and 20.3 were obtained and by using the scaling parameters taken from studies of Yuceil and Otugen, results were scaled and compared with the experimental data. The effects of turbulent mixing in the near field are also observed. Results show that the numerical prediction of the flow field of underexpanded jets could not only be an alternative to the extensive experimental work required for these flows but also reduce the amount of work to investigate and study different cases.
Açıklama
Thesis (M.Sc.) -- İstanbul Technical University, Institute of Science and Technology, 2004
Anahtar kelimeler
jetler,
akışkanlar dinamiği,
Jets,
Fluid dynamics