Skip to main content
SUPERVISOR
Ahmad Reza Pishevar,Nili ahmadabadi Mehdi
احمدرضا پیشه وراصفهانی (استاد مشاور) مهدی نیلی احمدآبادی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hossein Maleki
حسین ملکی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1394

TITLE

Design and Parametric Analysis of Hypersonic Wind Tunnel Vacuum Ejector System to Increase Tunnel Operating Time
The airflowcreation and experimental investigation of the models performance in wind tunnels are important steps in analyzing the aerodynamic behavior of flying equipment. Hypersonic wind tunnels require some special considerations due to the high speeds. Setting up this wind tunnels requires a high pressure ratio provided by pressure and vacuum reservoirs. Having set up, testing is possible at a lower pressure ratio, but, it will continue only in a short time due to the limited volume of reservoirs, in particular the vacuum reservoir. Maflow suction from wind tunnel output maintains the pressure ratio and increases the operating time. Annular ejectors is suitable for this purpose. The ejectors are suitable for this function due to the simplicity of operation, manufacturing and maintenance. In the present study, the design and parametric analysiof the ejector system is studied.One-dimensional design and parametric analysis is carried out to reduce the required mass flow rate for single, two-stage and three-stage ejectors, and then, the effect of different parameters are investigated. Design and analysis is accomplished for Mach number 8 in a test section with an area of 10×10 Square centimeters. Furthermore, the validation of the computational code is done with experimental data. In the next section, the numerical simulation is carried outto study the validity of the one-dimensional design assumptions and cover the remaining parameters using CFD software ANSYS_CFX. The effect of the mixing chamber length, the angle of convergence, and primary flow swirl angle are among these remaining parameters. An appropriate agreement was observed by comparing numerical simulation results with one-dimensional design and similar researches. Finally, according to the results, the three-stage ejector system with the convergent mixing chamber in the first and second stages and the total required flow rate of 14.71 Kg/s selected as optimal mode. Also, by changing the swirl angle of primary flow, the flow swirl effect in the third stage mixing chamber were investigated. Finally, 24%decrease in the mass flow ratio was observed at angle of 20 degrees. Keywords: Hypersonic Wind tunnel, Wind tunnel run time, vacuum reservoir, Annular Ejector, One-dimensional design, Numerical simulation.
: ایجاد جریان هوا و بررسی تجربی عملکرد مدل های پرنده در تونل‌های باد از مراحل مهم تحلیل رفتار آیرودینامیکی تجهیزات پرنده است. از انواع تونل باد، تونل باد فراصوت است که با توجه به سرعت های بالا، لازم است ملاحظات ویژه ای درباره ی آن اتخاذ شود. راه اندازی این نوع تونل باد ، مستلزم نسبت فشار بالایی است که توسط مخازن فشار و خلأ تأمین می شود. پس از راه اندازی، انجام تست در نسبت فشارهای پایین تری امکان‌پذیر بوده اما به دلیل محدودیت حجم مخازن به ویژه مخزن خلأ این تستها بایستی در فاصله زمانی کوتاهی صورت پذیرد. با توجه به هزینه ی بالای افزایش حجم مخازن، مکش جریان از خروجی تونل باد توسط اجکتورها موجب حفظ نسبت فشار و افزایش زمان عملکرد می شود. اجکتور ها به واسطه ی سادگی و هزینه ی پایین ساخت و نگه داری برای این کاربرد مناسب هستند. در پژوهش حاضر، به طراحی و بررسی پارامتری سیستم اجکتور برای حفظ خلأ تونل باد فراصوت آزمایشگاهی با هدف افزایش زمان عملکرد پرداخته می شود. باتوجه به بررسی های انجام شده اجکتور با تزریق از محیط گزینه ی مناسبی برای این منظور است. در ادامه طراحی یک بعدی و بررسی پارامتری با هدف کاهش دبی جرمی موردنیاز، برای اجکتور های یک، دو و سه مرحله ای انجام و اثر پارامترهای مختلف بر نتایج بررسی شده است. طراحی و بررسی برای شرایط تست ماخ 8 در مقطع آزمون 10×10 سانتی متر مربع انجام می شود. صحت سنجی کد محاسباتی به کمک داده های تجربی انجام گرفته است. در بخش بعدی پژوهش، شبیه سازی عددی به کمک نرم افزار انسیس-سی اف ایکس با هدف بررسی میزان درستی فرضیات طراحی یک بعدی و پوشش پارامتر های باقی مانده انجام می شود. اثر طول محفظه ی اختلاط اجکتورها، زاویه ی همگرایی و اثر زاویه ی چرخش جریان اولیه، از جمله ی این موارد است. از مدل آشفته ی کی امگا -اس اس تی برای شبیه سازی استفاده شده و نتایج شبیه سازی عددی با طراحی یک بعدی و پژوهش های مشابه مقایسه شده است. در پایان با توجه به نتایج طراحی یک بعدی و شبیه سازی عددی، سیستم اجکتور سه‌مرحله‌ای با محفظه ی مکش همگرای 2 درجه در مرحله ی اول و دوم و دبی کل موردنیاز 71/14 کیلوگرم بر ثانیه به‌عنوان حالت بهینه انتخاب شده است. همچنین با تغییر زاویه hy;ی چرخش جریان اولیه، اثر ایجاد چرخش در محفظه ی اختلاط مرحله hy;ی سوم بر نتایج بررسی و در حالت بهینه کاهش نسبت دبی به مقدار 24 درصد در زاویه ی چرخش 20 درجه مشاهده شده است. کلمات کلیدی : تونل باد فراصوت، زمان اجرای تونل باد، مخزن خلأ، اجکتور محیطی، طراحی یک بعدی، شبیه سازی عددی

ارتقاء امنیت وب با وف بومی