Ablation modeling for high speed internal and external flows

Oğuz Kaan Onay

DoctorateOpen Access

TR

|EN

Ablation modeling for high speed internal and external flows

2020

0 views

0 downloads

Advisor: Prof. Dr. Sinan Eyi

Abstract (TR)

Bu tez çalışmasında, karbon bazlı malzemelerin aşınması modellenmiş ve iki farklı hesaplama aracı geliştirilmiştir. İlk modelleme çalışmasında hesaplamalar bütünleşik olmayan bir yaklaşımla yürütülmüştür. Sonrasında, akış ve katıda ısı iletimi kodlarının bütünleştirilmesiyle daha genelleştirilmiş bir hesaplama yöntemi ortaya konmuştur. Modelleme çalışmalarında hem akış hem de katı bölgelerin eksenel simetrik olduğu varsayılmış ve fiziksel bölgeler yapısal sonlu hacimlerin kullanılmasıyla ayrıklaştırılmıştır. Akış çözümlerinde viskoz olmayan akı hesaplamaları için Godunov tipi yaklaşık Riemann çözücüler kullanılmış, viskoz akı terimlerinin hesaplanmasında ise ağ dönüşüm metriklerinden faydalanılmıştır. Navier-Stokes denklemlerine kütle difüzyonu terimleri dahil edilmiştir. Akış hesaplamalarında Baldwin-Lomax, Baldwin-Barth ve Spalart-Allmaras türbülans modelleri kullanılmıştır ve sonuçlar bu üç model için karşılaştırılmıştır. Gaz fazı kimyasal tepkimelerinin kaynak terimlerinin hesaplanabilmesi için yeni bir çözücü geliştirilmiştir. Katı bölgede ısı iletimi hesaplamalarında malzemenin termal özelliklerinin sıcaklıkla değişimi ihmal edilmemiştir. Modeller, hipersonik hava akışı ve katı yakıtlı roket motorlarının lülelerindeki iç akış şartları için test edilmiştir. Grafitin hava içerisinde aşınması problemi için duvarda kimyasal denge varsayımı yapılmış ve duvar türlerinin kütle oranlarının hesaplanabilmesi amacıyla kapalı formülasyon kullanan bir çözücü geliştirilmiştir. Bu problemin kimyasal denge hesaplamalarında önceden hazırlanmış interpolasyon tabloları kullanılmamıştır. Katı yakıtlı roket motorlarının lülelerindeki iç akış problemleri için, aşınan duvarda hem kimyasal denge hem de sonlu hızlı yüzey termokimyası yaklaşımları test edilmiştir.