Ekip, katı bir yüzey üzerinde erimiş damlacık katılaşmasını tahmin etmek için hesaplamalı olarak hızlı bir yaklaşım geliştiriyor
[ad_1]
Hava ile emilen katı partiküller yanma odasında erir ve türbin kanatlarında ve soğutma deliklerinde katılaşarak motorda deformasyona ve hasara neden olur. Yeni bir çalışmada araştırmacılar, jet motorlarında birikimlerini tahmin etmek için evrensel bir model geliştirmeye yardımcı olmak amacıyla erimiş damlacıkların katılaşma sürecini incelediler. Kredi: PublicDomainPictures from Pixabay
Uçaklardaki gaz türbinli motorlar, havayı emerek, bir yanma odasında çok yüksek sıcaklıklara ısıtarak ve son olarak onu yüksek hızlarda boşaltarak gerekli itişi sağlar. Çalışırken, volkanik kül gibi küçük inorganik parçacıklar hava ile birlikte emilir. Bu parçacıklar yanma odasındaki yüksek sıcaklık bölgelerinde erir ve türbin kanatları gibi motordaki daha soğuk bölgelere katılaşır. Zamanla, bu damlacıklar gaz türbininin yüzeyinde katılaşır ve birikir, kanatları deforme eder ve soğutma deliklerini tıkayarak motorun performansını ve ömrünü bozar.
Biriktirme fenomeni kaçınılmaz olsa da, süreci tahmin etmek mühendislerin motor tasarımlarını geliştirmesine ve değiştirmesine yardımcı olabilir. Biriktirme sürecinin ana yönlerinden biri, erimiş damlacıkların daha soğuk bir yüzeyle temas halinde nasıl katılaştığını belirlemektir ve bu sürecin doğru bir simülasyonu, süreci anlamak için esastır.
dergisinde yayınlanan bir çalışmada Uluslararası Isı ve Kütle Transferi DergisiJaponya’dan bir grup bilim insanı, düz bir yüzey üzerinde tek bir erimiş damlanın katılaşmasını hızlı ve doğru bir şekilde simüle edebilen bir model geliştirdi. Modelleri kurulum için önceden herhangi bir bilgi gerektirmez ve jet motorlarında biriktirme sürecini tahmin edebilen modeller geliştirmek için kullanılabilir.
Araştırma terimi, Tokyo Bilim Üniversitesi’nden Dr. Koji Fukudome ve Prof. Makoto Yamamoto, Osaka Üniversitesi’nden Dr. Ken Yamamoto ve Elektro-İletişim Üniversitesi’nden Dr. Hiroya Mamori’den oluşuyordu.
Yüzeyin sabit bir sıcaklıkta olduğunu varsayan önceki modellerin aksine, yeni yaklaşım, damlacık davranışını ve daha sıcak damlacık ile daha soğuk yüzey arasındaki ısı transferini dikkate alarak katılaşma sürecini simüle eder. Dr. Fukudome, “Damlacık etkisini simüle ediyorduk, ancak deneyden farkı göz ardı edemezdik. Bu çalışmada, çarpışan duvar yüzeyinin sıcaklık değişimini hesaba katmanın deneyle tutarlı olacağını düşündük” diye açıklıyor Dr. Fukudome.
Daha az hesaplama açısından yoğun bir modele sahip olmak için araştırmacılar, her ızgarada birden fazla hesaplama gerektirmeyen ağsız hareketli parçacık yarı kapalı (MPS) yöntemini seçtiler. MPS yöntemi, sıvı akışının temel denklemlerine (sıkıştırılamaz Navier-Stokes denklemleri ve kütle dengesi korunum denklemleri gibi) dayanır ve karmaşık akışları simüle etmek için yaygın olarak kullanılır. Bu arada, altlık içindeki sıcaklık değişimi ızgara tabanlı yöntem kullanılarak hesaplandı, böylece hem parçacık tabanlı hem de ızgara tabanlı yöntemlerin birleştirme yöntemini kullandık.
Bu yaklaşımı kullanarak, araştırmacılar paslanmaz çelik bir alt tabaka üzerinde erimiş kalay damlasının katılaşmasını simüle ettiler. Model nispeten iyi performans gösterdi ve deneylerde gözlemlenen katılaşma sürecini tekrarlayabildi. Simülasyonlar ayrıca katılaşma sürecine derinlemesine bir bakış sağlayarak, damlacık katı yüzeyle temas ettiğinde yayılma davranışını ve sıcaklık dağılımını vurguladı.
Simülasyonları, katılaşmanın, erimiş damlacık yüzeyle temas ettikten sonra oluşan sıvı filmin kalınlığına bağlı olduğunu gösterdi. Katılaşma, sıvı film yüzeyde genişledikçe başlar ve ilk olarak sıvı filmin yüzeye yakın kenarında gözlenir. Sıvı film yayılmaya ve incelmeye devam ettikçe, katılaşma, filmin tamamı katı parçacıklara dönüşene kadar ilerler.
Bu bulgular, mevcut katılaştırma modellerinde bir gelişmedir ve ekip, mevcut yaklaşımlarının daha karmaşık biriktirme modelleri oluşturmak için kullanılabileceğinden umutludur. “Çökeltileri tahmin etmek için evrensel bir model yok. Bu nedenle, belirli bir damlacığın birikmesi göz önüne alındığında, önceden deneyler yapılarak bir model oluşturuluyor ve sayısal tahminler yapılıyor. evrensel biriktirme modeli,” diyor Dr. Fukudome.
Bu çalışma sayesinde mühendisler ve bilim adamları, karmaşık birikme fenomenini daha iyi anlayabilir ve jet motoru tasarımları daha güvenli ve uzun ömürlü olacak şekilde yeniden tasarlanabilir.
Bir damlacık içinde buz dalgaları
[ad_2]