Numerická studie pulzační trysky při nízkých Reynoldsových číslech
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Referee
Mark
A
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství
Abstract
Tato numerická studie je zaměřená na axisymetrickou pulzní trysku při zachování relativně nízkých Reynoldsových čísel a její fyzikální podstatu, která dosud nebyla zcela vysvětlena. Hlavním cílem práce bylo prozkoumat a zhodnotit vliv přidání periodického komponentu rychlosti ke stacionární složce rychlosti. Nejdříve byl řešen stacionární případ, poté byla do simulace přidána pulzace a byla vytvořena nestacionární simulace. Numerické řešení stacionárního případu bylo ověřeno pomocí asymptotického řešení, které předložil Hermann Schlichting [44]. Přesnost tohoto analytické řešení byla opravena na základě experimentálních poznatků Andradeho a Tsiena [1]. Pomocí této korekce je zmenšena oblast singularity řešení v blízkosti počátku proudění. Z matematického pohledu se v podstatě jedná korekcí prvního řádu, což bylo dokázáno Revueltou a spol [36]. Samotné analytické řešení bylo vytvořeno v MATLABu zatímco pro numerické řešení byl použit software Ansys Fluent. Při numerické simulaci byly Navier-Stokesovi rovnice integrovány ve své plné formě za pomoci algoritmu založeném na tzv. rovnici korekce tlaku. Pulzační tryska byla poté řešena pro různé parametry tak, aby bylo možné zhodnotit vliv jednotlivých parametrů na evoluci takto modulovaného proudu. Nakonec byla posouzena možná aplikace pulzních trysek v průmyslu s ohledem na možnost snížení emisí v průběhu spalovacího procesu.
This numerical study is focused on axisymmetric pulsatile jets of moderately small Reynolds numbers and their physics which has not been fully understood so far. The main goal of the thesis is to investigate and assess the effect of introducing time-harmonic velocity component onto the steady velocity component. At first, the steady case was resolved and verified, afterwards the pulsation was introduced and the unsteady solution was carried out. The numerical solution for steady axisymmetric jet has been verified based on asymptotic solution obtained by Hermann Schlichting [44]. Moreover, an original Schlichting's solution was corrected according to an experimental observation obtained by Andrade and Tsien [1], which reduces solution singularity in the near-nozzle area. This correction was proven to be a first-order correction of the original asymptotic solution from a mathematical standpoint by Revuelta et al [36]. The analytical solution was developed in MATLAB while for the numerical simulation, the Ansys Fluent was used and the time-accurate integration of the Navier-Stokes equations based on pressure-correction approach was employed in order to solve the problem. The pulsatile jet was calculated for a set of different parameters in order to assess their impact on the jet evolution. Finally, the possible application in the industry with regards to elimination of pollutants emerging during the combustion process was discussed.
This numerical study is focused on axisymmetric pulsatile jets of moderately small Reynolds numbers and their physics which has not been fully understood so far. The main goal of the thesis is to investigate and assess the effect of introducing time-harmonic velocity component onto the steady velocity component. At first, the steady case was resolved and verified, afterwards the pulsation was introduced and the unsteady solution was carried out. The numerical solution for steady axisymmetric jet has been verified based on asymptotic solution obtained by Hermann Schlichting [44]. Moreover, an original Schlichting's solution was corrected according to an experimental observation obtained by Andrade and Tsien [1], which reduces solution singularity in the near-nozzle area. This correction was proven to be a first-order correction of the original asymptotic solution from a mathematical standpoint by Revuelta et al [36]. The analytical solution was developed in MATLAB while for the numerical simulation, the Ansys Fluent was used and the time-accurate integration of the Navier-Stokes equations based on pressure-correction approach was employed in order to solve the problem. The pulsatile jet was calculated for a set of different parameters in order to assess their impact on the jet evolution. Finally, the possible application in the industry with regards to elimination of pollutants emerging during the combustion process was discussed.
Description
Keywords
Proudění ve volném prostoru, trysky, úplavy, Bickleyho tryska, Schlichtingova tryska, pulzní tryska, asymptotické řešení, CFD, přímá numerická simulace., Boundary-free shear flows, jets, wakes, mixing layers, Bickley jet, Schlichting jet, Pulsatilejet, Asymptotic solution, CFD, Direct Numerical Simulation.
Citation
DOLINSKÝ, J. Numerická studie pulzační trysky při nízkých Reynoldsových číslech [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství. 2019.
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
en
Study field
Stavba letadel
Comittee
prof. Ing. Antonín Píštěk, CSc. (předseda)
doc. Ing. Jaroslav Juračka, Ph.D. (místopředseda)
doc. Ing. Josef Klement, CSc. (člen)
doc. Ing. Luboš Janko, CSc. (člen)
Ing. Pavel Štrůbl, gen.mjr.(v.v.) (člen)
Ing. Miroslav Pešák (člen)
doc. Ing. Ladislav Janíček, Ph.D., MBA, LL.M. (člen)
Date of acceptance
2019-06-10
Defence
Otázky:
Jaký je konkrétní přínos pulzační trysky ve spalovací komoře?
Zabýval se někdo použitím těchto trysek v konvenčních motorech?
Co je myšleno propagací proudu?
Je k dispozici experimentální řešení pulzační trysky?
Otázka ohledně emisí a kvality spalování.
V jaké oblasti rychlostí jste práci řešil?
Poznámka k anglickému jazyku práce oproti oficiálnímu zadání.
Student odpověděl uspokojivě na všechny dotazy.
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení