Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς Reynolds στα μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα
Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά μια προσπάθεια αεροδυναμικής μελέτης της ροής γύρω από αεροσκάφος. Πιο συγκεκριμένα εξετάζεται η ροή αέρα γύρω από το αεριωθούμενο επιβατηγό αεροσκάφος Embraer ERJ 145 τόσο σε κανονικό μέγεθος όσο και υπό κλίμακα 1 προς 100 με τη βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2020
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | http://hdl.handle.net/10889/13874 |
| id |
nemertes-10889-13874 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Αεροδυναμικοί συντελεστές Μοντέλα τύρβης Αεροσήραγγες Επιβατηγά αεροσκάφη Ansys fluent Aerodynamic coefficients Turbulence models Wind tunnels Passenger aircrafts |
| spellingShingle |
Αεροδυναμικοί συντελεστές Μοντέλα τύρβης Αεροσήραγγες Επιβατηγά αεροσκάφη Ansys fluent Aerodynamic coefficients Turbulence models Wind tunnels Passenger aircrafts Αλεβίζος, Αλέξιος Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς Reynolds στα μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα |
| description |
Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά μια προσπάθεια αεροδυναμικής μελέτης της ροής γύρω από αεροσκάφος. Πιο συγκεκριμένα εξετάζεται η ροή αέρα γύρω από το αεριωθούμενο επιβατηγό αεροσκάφος Embraer ERJ 145 τόσο σε κανονικό μέγεθος όσο και υπό κλίμακα 1 προς 100 με τη βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου Ansys Fluent.
Υπολογίζονται οι δυνάμεις άντωσης και οπισθέλκουσας για το αεροσκάφους σε κανονικό μέγεθος κατά την πτήση με ταχύτητα 151.6 m/s, 181,917 m/s, 197,077 m/s, 212,237 m/s, 227,396 m/s σε ύψος πτήσης 30000 ft και στις γωνίες προσβολής -4 ,0 ,4 ,8 ,12 και16 μοίρες, κάνοντας χρήση των μοντέλων τύρβης K-epsilon Realizable και K-omega SST. Επίσης υπολογίζονται οι δυνάμεις άντωσης και οπισθέλκουσας για το αεροσκάφος σε κλίμακα 1:100 με ταχύτητα 7 m/s σε μηδενικό υψόμετρο σε γωνίες προσβολής 4, 0,4 ,8,12 ,16 ,20 και 24 μοίρες κάνοντας χρήση του μοντέλου τύρβης Spalart-Allmaras. Τα αποτελέσματα της υπολογιστικής επίλυσης για το υπό κλίμακα αεροσκάφος συγκρίνονται με τα πειραματικά αποτελέσματα που καταγράφηκαν μετά από την κατασκευή του μοντέλου σε τρισδιάστατο εκτυπωτή και την πειραματική προσομοίωση της ροής γύρω από αυτό στην αεροσήραγγα του εργαστηρίου.
Αρχικά γίνεται μια σύντομη αναφορά στις ροές ρευστών και την κατηγοριοποίηση με κριτήρια τη συμπιεστότητα και τη συνεκτικότητα. Παρουσιάζονται συνοπτικά η στρωτή και η τυρβώδης ροή, και επεξηγούνται η τύρβη, η συνθήκη μη-ολίσθησης, το οριακό στρώμα και η αποκόλληση του από την επιφάνεια ενός σώματος.
Στη συνέχεια επεξηγούνται οι αεροδυναμικές δυνάμεις της άντωσης και οπισθέλκουσας που αναπτύσσονται με τη ροή σε αεροτομές και πτέρυγες και οι παράγοντες που τις επηρεάζουν.
Η επόμενη ενότητα περιλαμβάνει μια εισαγωγή στην υπολογιστική ρευστοδυναμική και τα προγράμματα CFD. Επιπλέον, αναπτύσσονται οι εξισώσεις Navier-Stokes, οι προσεγγίσεις για την αριθμητική επίλυση τους και παρουσιάζονται τα μοντέλα τύρβης που χρησιμοποιήθηκαν.
Ακολούθως περιγράφονται η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την εισαγωγή της γεωμετρίας στο Fluent, τη δημιουργία του πλέγματος και την εισαγωγή των παραμέτρων εισόδου καθώς και η πειραματική διάταξη και η διαδικασία λήψης των μετρήσεων.
Στην επόμενη ενότητα παρατίθενται τα αποτελέσματα της υπολογιστικής προσομοίωσης για το αεροσκάφος σε κανονικό μέγεθος και σε κλίμακα 1:100 καθώς και η σύγκριση των τελευταίων με τις πειραματικές μετρήσεις. Τέλος πραγματοποιείται ένας συνοπτικός σχολιασμός των αποτελεσμάτων και μια σειρά από προτάσεις για την βελτίωση και μελλοντική εξέλιξη της εργασίας. |
| author2 |
Alevizos, Alexios |
| author_facet |
Alevizos, Alexios Αλεβίζος, Αλέξιος |
| author |
Αλεβίζος, Αλέξιος |
| author_sort |
Αλεβίζος, Αλέξιος |
| title |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς Reynolds στα μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα |
| title_short |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς Reynolds στα μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα |
| title_full |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς Reynolds στα μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα |
| title_fullStr |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς Reynolds στα μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα |
| title_full_unstemmed |
Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς Reynolds στα μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα |
| title_sort |
υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς reynolds στα μοντέλα τύρβης spalart-allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα |
| publishDate |
2020 |
| url |
http://hdl.handle.net/10889/13874 |
| work_keys_str_mv |
AT alebizosalexios ypologistikēaerodynamikēmeletēmonophasikēsroēsgyrōapoepibatēgoaeroskaphossediaphorousarithmousreynoldsstamontelatyrbēsspalartallmaraskepsilonkomegakaisynkrisēmeapotelesmatapeiramatikēsmeletēsstēnaerosēranga AT alebizosalexios computationalaerodynamicstudyofonephaseflowoverpassengeraircraftinseveralreynoldsnumbersusingspalartallmaraskepsilonkomegaturbulencemodelsandcomparisonwithexperimentalwindtunnelresults |
| _version_ |
1771297172840513536 |
| spelling |
nemertes-10889-138742022-09-05T06:58:04Z Υπολογιστική αεροδυναμική μελέτη μονοφασικής ροής γύρω από επιβατηγό αεροσκάφος σε διάφορους αριθμούς Reynolds στα μοντέλα τύρβης Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega και σύγκριση με αποτελέσματα πειραματικής μελέτης στην αεροσήραγγα Computational aerodynamic study of one-phase flow over passenger aircraft in several Reynolds numbers using Spalart-Allmaras, k-epsilon, k-omega turbulence models and comparison with experimental wind tunnel results Αλεβίζος, Αλέξιος Alevizos, Alexios Αεροδυναμικοί συντελεστές Μοντέλα τύρβης Αεροσήραγγες Επιβατηγά αεροσκάφη Ansys fluent Aerodynamic coefficients Turbulence models Wind tunnels Passenger aircrafts Η παρούσα διπλωματική εργασία αφορά μια προσπάθεια αεροδυναμικής μελέτης της ροής γύρω από αεροσκάφος. Πιο συγκεκριμένα εξετάζεται η ροή αέρα γύρω από το αεριωθούμενο επιβατηγό αεροσκάφος Embraer ERJ 145 τόσο σε κανονικό μέγεθος όσο και υπό κλίμακα 1 προς 100 με τη βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου Ansys Fluent. Υπολογίζονται οι δυνάμεις άντωσης και οπισθέλκουσας για το αεροσκάφους σε κανονικό μέγεθος κατά την πτήση με ταχύτητα 151.6 m/s, 181,917 m/s, 197,077 m/s, 212,237 m/s, 227,396 m/s σε ύψος πτήσης 30000 ft και στις γωνίες προσβολής -4 ,0 ,4 ,8 ,12 και16 μοίρες, κάνοντας χρήση των μοντέλων τύρβης K-epsilon Realizable και K-omega SST. Επίσης υπολογίζονται οι δυνάμεις άντωσης και οπισθέλκουσας για το αεροσκάφος σε κλίμακα 1:100 με ταχύτητα 7 m/s σε μηδενικό υψόμετρο σε γωνίες προσβολής 4, 0,4 ,8,12 ,16 ,20 και 24 μοίρες κάνοντας χρήση του μοντέλου τύρβης Spalart-Allmaras. Τα αποτελέσματα της υπολογιστικής επίλυσης για το υπό κλίμακα αεροσκάφος συγκρίνονται με τα πειραματικά αποτελέσματα που καταγράφηκαν μετά από την κατασκευή του μοντέλου σε τρισδιάστατο εκτυπωτή και την πειραματική προσομοίωση της ροής γύρω από αυτό στην αεροσήραγγα του εργαστηρίου. Αρχικά γίνεται μια σύντομη αναφορά στις ροές ρευστών και την κατηγοριοποίηση με κριτήρια τη συμπιεστότητα και τη συνεκτικότητα. Παρουσιάζονται συνοπτικά η στρωτή και η τυρβώδης ροή, και επεξηγούνται η τύρβη, η συνθήκη μη-ολίσθησης, το οριακό στρώμα και η αποκόλληση του από την επιφάνεια ενός σώματος. Στη συνέχεια επεξηγούνται οι αεροδυναμικές δυνάμεις της άντωσης και οπισθέλκουσας που αναπτύσσονται με τη ροή σε αεροτομές και πτέρυγες και οι παράγοντες που τις επηρεάζουν. Η επόμενη ενότητα περιλαμβάνει μια εισαγωγή στην υπολογιστική ρευστοδυναμική και τα προγράμματα CFD. Επιπλέον, αναπτύσσονται οι εξισώσεις Navier-Stokes, οι προσεγγίσεις για την αριθμητική επίλυση τους και παρουσιάζονται τα μοντέλα τύρβης που χρησιμοποιήθηκαν. Ακολούθως περιγράφονται η διαδικασία που ακολουθήθηκε για την εισαγωγή της γεωμετρίας στο Fluent, τη δημιουργία του πλέγματος και την εισαγωγή των παραμέτρων εισόδου καθώς και η πειραματική διάταξη και η διαδικασία λήψης των μετρήσεων. Στην επόμενη ενότητα παρατίθενται τα αποτελέσματα της υπολογιστικής προσομοίωσης για το αεροσκάφος σε κανονικό μέγεθος και σε κλίμακα 1:100 καθώς και η σύγκριση των τελευταίων με τις πειραματικές μετρήσεις. Τέλος πραγματοποιείται ένας συνοπτικός σχολιασμός των αποτελεσμάτων και μια σειρά από προτάσεις για την βελτίωση και μελλοντική εξέλιξη της εργασίας. This diploma thesis is an effort to perform an aerodynamic study of the flow around an aircraft. With the deployment of ANSYS Fluent, the airflow around the Embraer ERJ 145 jet aircraft both in its normal size and on a scale of 1 to 100 is examined. For steady flight at 30000 ft altitude and at velocities of 151.6, 181,917, 197,077, 212,237 and 227,396 m/s and at angles of attack -4, 0, 4, 8, 12 and 16 degrees, the aircraft’s lift and drag forces are calculated using the K-epsilon Realizable and K-omega SST turbulence models. The lift and drag forces for the aircraft at a dimension scale of 1:100 are also calculated at a speed of 7 m/s at sea level and at angles of attack 4, 0, 4, 8, 12, 16, 20, 24 degrees using the Spalart-Allmaras turbulence model. The results of the computational solution for the scale aircraft are compared with the experimental measurements taken in the laboratory wind tunnel after the construction of the model in a 3D printer. First, a brief reference is made to fluid flows and their categorisation based on compressibility and viscosity. The laminar and turbulent flow regimes are briefly presented, and turbulence, the non-slip condition, the boundary layer and its separation are explained. Then the aerodynamic forces of lift and drag that develop with the flow around airfoils and wings are explained along with the factors that affect them. The next section includes an introduction to computational fluid dynamics and CFD programs. In addition, the Navier-Stokes equations are developed, the approaches to their numerical solution and the turbulence models used are presented. They are followed by the procedure for introducing geometry to Fluent, creating the grid and entering the input parameters, as well as the experimental setup and the measurements procedure. The next section presents the results of the computer simulation for the aircraft both in normal and scale size and the comparison of the latter with the experimental measurements. Finally, there is a brief commentary on the results and a series of suggestions for the improvement and future development of the study. 2020-10-02T09:51:09Z 2020-10-02T09:51:09Z 2020-09-30 http://hdl.handle.net/10889/13874 gr application/pdf |
