Viršgarsinių dujų srautų adaptyviųjų profilių formavimas

Abstract

Baigiamajame magistro darbe tiriamas nepakankamai išplėsto viršgarsinio dujų srauto artimojoje zonoje susiformavęs Macho diskas, jo padėtis. Naudojantis ANSYS WORKBENCH programoje įdiegtu skaitiniu įrankiu FLUENT, vertinama ir lyginama mokslinėse publikacijose dar neištirta tūtos išėjimo angos, kaklelio skerspjūvio spindulių įtaka Macho disko pozicijai, taip pat sprendžiamas Macho disko padėties tūtos įėjimo angos atžvilgiu maksimizavimo uždavinys. Čia tyrimo metu nebuvo atsižvelgta į dujų kameros plotį dėl penkis vienetus viršijančio Macho skaičiaus, todėl jo įtakai nustatyti yra siūloma atlikti papildomų skaitinių tyrimų. Vykdyta parametrinė analizė atskleidė, jog egzistuoja reikšmingi koreliaciniai ryšiai tarp minėtų tūtos geometrinių parametrų ir Macho disko ilgio: šis atstumas yra tiesiogiai proporcingas išėjimo angai, tačiau atvirkščiai proporcingas kaklelio spinduliui. Hipotezė, jog gautas optimalus sprendinys bus esant maksimaliai tūtos išėjimo angai, minimaliai kaklelio skerspjūvio spindulių reikšmėms pasitvirtino. Darbe pateiktos parametrų tarpusavio priklausomybės, jautrumo kreivės yra naudingos purkštukų konstruotojams, nes leidžia identifikuoti tokias tūtų sritis, kurios reikalauja pakitimų norint padidinti jų efektyvumą. Darbą sudaro 6 dalys: įvadas, viršgarsinių dujų srautų tekėjimų Lavalio tūta literatūros apžvalga, Macho disko padėties nustatymo skaitinio tyrimo metodika, rezultatai ir jų analizė, išvados ir rekomendacijos, literatūros sąrašas. Darbo apimtis – 84 p. teksto be priedų, 57 iliustracijos, 7 lentelės, 62 bibliografiniai šaltiniai. Atskirai pridedami darbo priedai.

In the master's thesis, the Mach disk formed in the nearfield of an under-expanded gas jet and its position are investigated. A numerical tool FLUENT installed in the ANSYS WORKBENCH program is used to determine and evaluate the influence of the nozzle exit radius and neck cross-sectional area radius on the position of the Mach disk. This has not yet been studied in scientific publications. Additionally, the problem of maximizing the position of the Mach disk relative to the nozzle inlet is solved. Here, the width of the gas chamber was not taken into account during the study because of the Mach number exceeding five units, therefore, it was proposed to carry out more numerical studies on its influence. The performed parametric analysis revealed that there are significant correlations between the aforementioned geometric parameters of the nozzle and the Mach disk length: this distance is directly proportional to the nozzle outlet radius but is inversely proportional to the neck radius. The hypothesis that the obtained optimal solution will be the maximum value of the outlet radius and the minimum value of the neck cross-sectional area radius was confirmed. The curves of parameter interdependencies presented in the thesis are useful for manufacturers in the design of nozzles, as they allow them to identify areas of nozzles that require changes to increase their efficiency. Structure: introduction, supersonic gas flow through the Laval nozzle review and analysis, methodology of the numerical study of Mach disk positioning, results and analysis, conclusions and recommendations, and list of references. The thesis consists of 84 p. text without appendices, 57 pictures, 7 tables, and 62 bibliographical entries. Appendices included.