DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Osman Kocaaslan; Kürşad Melih Güleren; Bayındır Hüseyin Saracoğlu; Tolga Yasa

doi:10.47480/isibted.1494022

DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Abstract

Bu çalışmada dönen patlama motorundaki patlama dalgası yapısı ve itki performansı sayısal olarak incelenmiştir. Sayısal çalışmalar iki aşamada gerçekleştirilmiştir. İlk olarak deneysel ve sayısal verilerin yer aldığı referans çalışmaya yönelik doğrulama çalışmaları tamamlanmıştır. Deneysel çalışmalarda hidrojen 0.8 mm çapındaki 90 enjektörden, hava ise 0.4 mm genişliğindeki aralıktan patlama kanalına aktarılmaktadır. Referans sayısal çalışmada yer verildiği üzere tek basamaklı tersinmez hidrojen-hava mekanizması doğrulama çalışmalarında kullanılmıştır. Doğrulama analizleri sonrasında patlama dalgasının detaylı olarak incelenebilmesi için 19 basamaklı tersinmez hidrojen-hava reaksiyon mekanizması sayısal çalışmalara tanımlanmıştır. Sayısal çalışmalarda daimi olmayan yoğunluğa dayalı çözücü kullanılmıştır. İkinci aşamada patlama dalga yapısı ve dönen patlama motorunun itki performansı araştırılmıştır. Sonuç olarak patlama dalgasının 1.1 ms sonrasında kararlı yapıya ulaşabildiği belirlenmiştir. Değişen blokaj oranı nedeniyle t=1.1 ms öncesinde patlama dalgası yüksekliği sabit kalmamıştır. Kararlı patlama dalgası yüksekliğinin tek basamaklı ve 19 basamaklı çalışmalarında sırasıyla 29 mm ve 27 mm olduğu tespit edilmiştir. Patlama kanalı çıkışındaki itki dağılımının kararlı patlama dalgası ile neredeyse sabit olduğu belirlenmiş ve itki değerinde 678.7±2.3 N aralığında salınımların meydana geldiği gözlemlenmiştir.

Keywords

References

Alam, N., Sharma, K. K., Pandey, K. M., 2019, Combustion characteristics of hydrogen-air mixture in pulse detonation engines, Journal of Mechanical Science and Technology, 33(5), 2451-2457, doi:10.1007/s12206-019-0442-7
Bach, E., Oliver Paschereit, C., Stathopoulos, P., Bohon, M. D., 2021, An empirical model for stagnation pressure gain in rotating detonation combustors, Proceedings of the Combustion Institute, 38(3), 3807-3814, doi.org/10.1016/j.proci.2020.07.071
Bigler, B. R., Paulson, E. J., Hargus, W. A., 2017, Idealized Efficiency Calculations for Rotating Detonation Engine Rocket Applications, AIAA Propulsion and Energy Forum, doi: 10.2514/6.2017-5011
Chen, Y., Liu, X., Wang J., 2018, Influences of Separate Injectors on Rotating Detonation Engines, 2018 Joint Propulsion Conference, doi:10.2514/6.2018-4785
Choi, J. Y., Jeung, I. S., Yoon, Y., 2000, Computational Fluid Dynamics Algorithms for Unsteady Shock-Induced Combustion, Part 1: Validation. AIAA Journal, 38(7), 1179–1187, doi:10.2514/2.1112
Driscoll, R., Stoddard, W., George, A. S., Gutmark E., 2015, Shock Transfer and Shock-Initiated Detonation in a Dual Pulse Detonation Engine/Crossover System, AIAA Journal, 53, 132–139, doi:10.2514/1.j053027
Escobar, S., Pakalapati, S. R., Celik, I., Ferguson, D. Strakey, P., 2013, Numerical Investigation of Rotating Detonation Combustion in Annular Chambers, Volume 1A: Combustion, Fuels and Emissions, doi:10.1115/gt2013-94918
Ettner, F., Vollmer, K. G., Sattelmayer, T., 2014, Numerical Simulation of the Deflagration-to-Detonation Transition in Inhomogeneous Mixtures, Journal of Combustion, 2014, 1–15, doi:10.1155/2014/686347

Heidari, A., Ferraris, S., Wen, J. X., Tam, V. H. Y., 2011, Numerical simulation of large scale hydrogen detonation, International Journal of Hydrogen Energy, 36, 2538–2544, doi:10.1016/j.ijhydene.2010.05.09
Ladeinde, F., Oh, H., Jacobs, S., 2023, Supersonic combustion heat flux in a rotating detonation engine, Acta Astronautica, 203, 226-245, doi.org/10.1016/j.actaastro.2022.11.044
Lee J. H. S., 2010, The detonation Phenomenon, Cambridge University Press.
Lei, Z., Yang, X., Ding, J., Weng, P., Wang, X., 2020, Performance of rotating detonation engine with stratified injection, Journal of Zhejiang University-SCIENCE A, 21, 734–744, doi:10.1631/jzus.a1900383
Lietz, C., Ross, M., Desai, Y., Hargus, W. A., 2020, Numerical investigation of operational performance in a methane-oxygen rotating detonation rocket engine, AIAA Scitech 2020 Forum, doi:10.2514/6.2020-0687
Liu, S.J., Lin, Z. Y., Liu, W. D., Lin, W., Sun, M.B., 2012, Experimental and three-dimensional numerical investigations on H2/air continuous rotating detonation wave, Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering, 227, 326–341, doi:10.1177/0954410011433542
Lu, F. K., Braun, E. M., 2014, Rotating Detonation Wave Propulsion: Experimental Challenges, Modeling, and Engine Concepts, Journal of Propulsion and Power, 30, 1125–1142, doi:10.2514/1.b34802
Ma, F., Choi, J. Y., Yang, V., 2005, Thrust Chamber Dynamics and Propulsive Performance of Single-Tube Pulse Detonation Engines, Journal of Propulsion and Power, 21, 512–526, doi:10.2514/1.7393
Ma, J. Z., Luan, M. Y., Xia, Z. J., Wang, J. P., Zhang, S., Yao, S., Wang, B., 2020, Recent Progress, Development Trends, and Consideration of Continuous Detonation Engines, AIAA Journal, 58, 4976–5035, doi:10.2514/1.j058157
Ma, Z., Zhang, S., Luan, M., Yao, S., Xia Z., Wang, J., 2018, Experimental research on ignition, quenching, reinitiation and the stabilization process in rotating detonation engine, International Journal of Hydrogen Energy, doi:10.1016/j.ijhydene.2018.08.06
Melguizo-Gavilanes, J., Rezaeyan, N., Tian, M., Bauwens, L., 2011, Shock-induced ignition with single step Arrhenius kinetics, International Journal of Hydrogen Energy, 36, 2374–2380, doi:10.1016/j.ijhydene.2010.04.13
Ó Conaire, M., Curran, H. J., Simmie, J. M., Pitz ,W. J., Westbrook , C. K., 2004, A comprehensive modeling study of hydrogen oxidation, International Journal of Chemical Kinetics, 36, 603–622, doi:10.1002/kin.20036
Prakash, S., Raman, V., Lietz, C., Hargus, W. A., Schumaker, S. A., 2020, High Fidelity Simulations of a Methane-Oxygen Rotating Detonation Rocket Engine, AIAA Scitech 2020 Forum, doi:10.2514/6.2020-0689
Sato, T., Raman, V, 2020, Detonation Structure in Ethylene/Air-Based Non-Premixed Rotating Detonation Engine, Journal of Propulsion and Power, 36, 1–11, doi:10.2514/1.b37664
Shao, Y-T, Liu, M., Wang, JP., 2010, Numerical investigation of rotating detonation engine propulsive performance, Combustion Science and Technology, 182, 1586–1597, doi:10.1080/00102202.2010.497316
Schauer, F., Miser, C., Tucker, C., Bradley, R., Hokell, J., 2005, Detonation Initiation of Hydrocarbon-Air Mixtures in a Pulsed Detonation Engine, 43rd AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, doi:10.2514/6.2005-1343
Schwer, D., Kailasanath, K., 2011, Effect of Inlet on Fill Region and Performance of Rotating Detonation Engines, 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, doi:10.2514/6.2011-6044
Strempfl, P., Dounia, O., Laera, D., Poinsot, T., 2024, Effects of mixing assumptions and models for LES of Hydrogen-fueled Rotating Detonation Engines, International Journal of Hydrogen Energy, 62, 1-16, doi.org/10.1016/j.ijhydene.2024.03.033
Su, L., Wen, F., Wang, S., Wang, Z., 2022, Analysis of energy saving and thrust characteristics of rotating detonation turbine engine, Aerospace Science and Technology, 124, 107555, doi.org/10.1016/j.ast.2022.107555
Sun, J., Zhou, J., Liu, S., Lin, Z., Lin W., 2018, Plume flowfield and propulsive performance analysis of a rotating detonation engine, Aerospace Science and Technology, 81, 383-393, doi:10.1016/j.ast.2018.08.024
Sun, J., Zhou, J., Liu, S., Lin, Z., Lin, W., 2019a, Effects of air injection throat width on a non-premixed rotating detonation engine, Acta Astronautica, 159, 189–198, doi:10.1016/j.actaastro.2019.03.0
Sun, J., Zhou, J., Liu, S., Lin, Z., 2019b, Interaction between Rotating Detonation Wave Propagation and Reactant Mixing, Acta Astronautica, 164, 197-203, doi:10.1016/j.actaastro.2019.08.0
Vignat, G., Brouzet, D., Bonanni, M., Ihme, M., 2024, Analysis of weak secondary waves in a rotating detonation engine using large-eddy simulation and wavenumber-domain filtering, Combustion and Flame, 263, 113387, doi.org/10.1016/j.combustflame.2024.113387
Wang, C., Liu, W., Liu, S., Jiang, L., Lin, Z., 2015, Experimental verification of air-breathing continuous rotating detonation fueled by hydrogen, International Journal of Hydrogen Energy, 40, 9530–9538, doi:10.1016/j.ijhydene.2015.05.06
Wang, F., Weng, C., Wu, Y., Bai, Q., Zheng, Q., Xu H., 2020, Numerical research on kerosene/air rotating detonation engines under different injection total temperatures, Aerospace Science and Technology, 105899, doi:10.1016/j.ast.2020.105899
Wang, F., Weng, C., 2022, Numerical research on two-phase kerosene/air rotating detonation engines, Acta Astronautica, 192, 199-209, doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.12.026.
Wescott, B. L., Stewart, D. S., Bdzil, J. B., 2004, On Self-Similarity of Detonation Diffraction, Physics of Fluids, 16, 373–384, doi:10.1063/1.1633552
Wu, D., Liu, Y., Liu, Y., Wang, J., 2014, Numerical investigations of the restabilization of hydrogen–air rotating detonation engines, International Journal of Hydrogen Energy, 39, 15803–15809, doi:10.1016/j.ijhydene.2014.07.15
Xia, Z.-J., Sheng, Z. H., Shen, D. W., Wang, J. P., 2021, Numerical investigation of pre-detonator in rotating detonation engine, International Journal of Hydrogen Energy, 46(61), 31428–31438, doi.org/10.1016/j.ijhydene.2021.07.013
Yan, C., Teng, H., Ng, H. D., 2021, Effects of slot injection on detonation wavelet characteristics in a rotating detonation engine, Acta Astronautica, 182, 274–285, doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.02.010
Yi, T. H., Turangan, C., Lou, J., Wolanski, P., Kindracki, J., 2009, A Three-Dimensional Numerical Study of Rotational Detonation in an Annular Chamber, 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting Including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, doi:10.2514/6.2009-634
Yi, T. H., Lou, J., Turangan, C., Choi, J.Y., Wolanski P, 2011, Propulsive Performance of a Continuously Rotating Detonation Engine, Journal of Propulsion and Power, 27, 171–181, doi:10.2514/1.46686
Yu, J., Yao, S., Li, J., Li, J., Guo, C., Zhang, W., 2023, Numerical investigation of the rotating detonation engine with cat-ear-shaped film cooling holes under varying operating modes, Aerospace Science and Technology, 142, 108462, doi.org/10.1016/j.ast.2023.108642
Zhang, L. F., Zhang, S. J., Ma, Z., Luan, M. Y., Wang, J.P., 2019, Three-dimensional numerical study on rotating detonation engines using reactive Navier-Stokes equations, Aerospace Science and Technology, 93, 1-10, doi:10.1016/j.ast.2019.07.004
Zhao, M., Zhang, H., 2020, Large eddy simulation of non-reacting flow and mixing fields in a rotating detonation engine, Fuel, 280, 1-16, doi:10.1016/j.fuel.2020.118534
Zhang, S., Ma, J. Z., Wang, J., 2020, Theoretical and Numerical Investigation on Total Pressure Gain in Rotating Detonation Engine, AIAA Journal, 58, 1–12, doi:10.2514/1.j059259
Zhang, S., Yao, S., Luan, M., Zhang, L., Wang, J., 2018, Effects of injection conditions on the stability of rotating detonation waves, Shock Waves, 28, 1079-1087, doi:10.1007/s00193-018-0854-9
Zheng, H., Meng, Q., Zhao, N., Li, Z., Deng, F., 2020, Numerical investigation on H2/Air non-premixed rotating detonation engine under different equivalence ratios, International Journal of Hydrogen Energy, 45, 2289–2307, doi:10.1016/j.ijhydene.2019.11.01

Details

Primary Language

Turkish

Subjects

Internal Combustion Engines

Journal Section

Research Article

Authors

Osman Kocaaslan ^*
0000-0002-7848-6974
Türkiye

Kürşad Melih Güleren
0000-0003-3464-7956
Türkiye

Bayındır Hüseyin Saracoğlu This is me
0000-0002-3961-3555
Belgium

Tolga Yasa
0000-0002-7242-2507
Türkiye

Publication Date

June 3, 2024

Submission Date

March 22, 2023

Acceptance Date

May 6, 2024

Published in Issue

Year 2024 Volume: 44 Number: 1

DOI

https://doi.org/10.47480/isibted.1494022

IZ

https://izlik.org/JA43FL24GU

Cite

RIS / Bibtex

APA

Kocaaslan, O., Güleren, K. M., Saracoğlu, B. H., & Yasa, T. (2024). DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ. Isı Bilimi Ve Tekniği Dergisi, 44(1), 33-45. https://doi.org/10.47480/isibted.1494022

AMA

1.Kocaaslan O, Güleren KM, Saracoğlu BH, Yasa T. DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi. 2024;44(1):33-45. doi:10.47480/isibted.1494022

Chicago

Kocaaslan, Osman, Kürşad Melih Güleren, Bayındır Hüseyin Saracoğlu, and Tolga Yasa. 2024. “DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ”. Isı Bilimi Ve Tekniği Dergisi 44 (1): 33-45. https://doi.org/10.47480/isibted.1494022.

EndNote

Kocaaslan O, Güleren KM, Saracoğlu BH, Yasa T (June 1, 2024) DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi 44 1 33–45.

IEEE

[1]O. Kocaaslan, K. M. Güleren, B. H. Saracoğlu, and T. Yasa, “DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ”, Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi, vol. 44, no. 1, pp. 33–45, June 2024, doi: 10.47480/isibted.1494022.

ISNAD

Kocaaslan, Osman - Güleren, Kürşad Melih - Saracoğlu, Bayındır Hüseyin - Yasa, Tolga. “DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ”. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi 44/1 (June 1, 2024): 33-45. https://doi.org/10.47480/isibted.1494022.

JAMA

1.Kocaaslan O, Güleren KM, Saracoğlu BH, Yasa T. DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi. 2024;44:33–45.

MLA

Kocaaslan, Osman, et al. “DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ”. Isı Bilimi Ve Tekniği Dergisi, vol. 44, no. 1, June 2024, pp. 33-45, doi:10.47480/isibted.1494022.

Vancouver

1.Osman Kocaaslan, Kürşad Melih Güleren, Bayındır Hüseyin Saracoğlu, Tolga Yasa. DÖNEN PATLAMA MOTORLARINDAKİ OLUŞAN DALGA YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ. Isı Bilimi ve Tekniği Dergisi. 2024 Jun. 1;44(1):33-45. doi:10.47480/isibted.1494022

Cited By

Numerical simulation of laminar non-Newtonian blood flow under varying Reynolds numbers and geometric parameters using OpenFOAM

Bulletin of Biomathematics

https://doi.org/10.59292/bulletinbiomath.1791463

NUMERICAL INVESTIGATION OF TRANSONIC SHOCK WAVE CHARACTERISTICS ON SUPERCRITICAL AIRFOILS UNDER VARIOUS FLOW CONDITIONS

Konya Journal of Engineering Sciences

https://doi.org/10.36306/konjes.1743613