Dönen patlamalı motorlarda enjeksiyon konfigürasyonun yanmaya olan etkisinin hesaplamalı akışkanlar dinamiği ile incelenmesi
Investigation of the effect of injection configuration oncombustion in rotating detonation engines using computational fluid dynamics
Yazar: OSMAN KOCAASLAN
Danışman: PROF. DR. KÜRŞAD MELİH GÜLEREN ; DR. BAYINDIR HÜSEYİN SARACOĞLU
Eskişehir Teknik Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Uçak Gövde Motor Bakım Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Havacılık ve Uzay Mühendisliği = Aeronautical Engineering
Dizin: Hesaplamalı akışkanlar dinamiği (HAD) = Computational fluid dynamics (HAD)

Özet:
Basınç kazanımlı motorlar olarak da adlandırılan dönen patlama motorlarında, patlama dalgası oluşturularak ve yayınımı sağlanarak itki üretimi gerçekleştirilmektedir. Bu tez çalışmasında patlama dalgasının yapısı, yayınım fiziği, enjektör konfigürasyonlarının patlama dalgası yapısı ve yayınımı üzerine etkileri sayısal olarak incelenmiştir. Yoğunluğa dayalı çözücünün kullanıldığı sayısal çalışmalarda tek basamaklı ve detaylı hidrojen-hava kimyasal reaksiyon mekanizmaları ile reaksiyon hızları hesaplanmıştır. Doğrulama çalışmalarında kullanılan adaptif çözüm ağı tekniği ile sayısal çalışma gereksinimlerinin büyük oranda azaltılabildiği belirlenmiştir. Enjektör toplam basıncının ani değişimi sayısal çalışmalarında, iki kat artırılmış enjektör toplam basıncı ile patlama dalgası kararlılığı sağlanmıştır. Enjektör toplam basıncının üç ve dört kat artırıldığı çalışmalarda ise patlama dalgasının yeniden kararlı yapıya ulaşamadığı tespit edilmiştir. Kimyasal reaksiyon olmaksızın yürütülen sayısal çalışmalarda enjektör aralığının azalması ile patlama kanalında karışım verimliliğinin artış sağladığı belirlenmiştir. Tam ölçekli sayısal çalışmalar sonrası modellenen enjektör konfigürasyonları ile kararlı patlama dalgası yayınımı elde edilmiş ve dönen patlama motorunun çift patlama dalgası modunda itki üretimi gerçekleştirdiği tespit edilmiştir.

Abstract:
In rotating detonation engines, also called pressure gain engines, thrust is produced by creating and propagating a detonation wave. In this thesis study, the structure of the detonation wave, the physics of its propagation, and the effects of injector configurations on the structure and propagation of the detonation wave were numerically examined. In numerical studies using a density-based solver, reaction rates were calculated with single-step and detailed hydrogen-air chemical reaction mechanisms. It has been determined that numerical study requirements can be significantly reduced with the adaptive mesh technique used in validation studies. In numerical studies of instantaneously changes in the injector total pressure, detonation wave stability was achieved again with increased the injector total pressure two times. In studies where the total injector pressure was increased three and four times, it was determined that the detonation wave could not reach a stable structure again. In cold flow simulations, it was determined that the mixing efficiency in the detonation channel increased as the injector spacing decreased. After full-scale numerical studies, the stable detonation wave propagation was achieved with the modeled injector configurations and it was determined that the rotating detonation engine produced thrust in two-detonation wave mode.