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Detached-Eddy Simulation of Shock Wave/Boundary-Layer Interactions in a Planar Transonic Nozzle

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1.2. Towards Rocket Nozzles Figure 1.4: Developed as part of ESA’s Ariane 5 Evolution Programme, Vulcain 2 provides 20% more thrust compared to its predecessor. The nozzle extension is manufactured by Volvo Aero Corporation. [77] In order to improve nozzle performance under overexpanded flow conditions the assessment of side-loads is crucial, but is also a very difficult issue, since their experimental evaluation involves the distinction of the actual aerodynamic side-loads from the complessive dynamic response of the engine mechanical system. From a numerical point of view, since the oscillations have characteristic low frequencies, the simulations have to be capable of describing turbulent unsteady fluctuations and 3D flow structures for a sufficient physical time so as to describe properly the asymmetrical forces, with a reasonable computational power. In order to understand the problem of SWBLI in overexpanded nozzle, a description of increas- ing difficulty is given starting from the quasi-one-dimensional model of de Laval nozzle and then describing the different flow patterns that can take place in real nozzles with particular attention to the side-loads problem and their possible origins. 1.2.1 Introduction to Nozzles Flow Patterns: Quasi-One-Dimensional de Laval Nozzle The nozzle is the component of the engine in which thermal energy is converted into kinetic energy with the aim of producing thrust by the expulsion of high velocity fluid, thanks to an expansion process. To a first approximation, the nozzle flow can be studied through the quasi-one-dimensional flow equations, under the assumption of isentropic and stationary flow, of ideal gas and considering a duct with only a slow variation of area in axial direction. These equations are able to establish a relation between the flow condition and the geometry of the simple nozzle considered, since the area law along the longitudinal direction imposes the flow mass rate along the nozzle. The hypoteses done bring to the following expressions 2 h 0 =h + u 2 2 =cost) T 0 T = 1 + 1 2 M 2 (1.3) 2 For a more complete dissertation about this topic, the interested reader can look for example at [32]. For a more precise definition of the variables, a short summary of the fundamental equations of fluid dynamics is given in ch.2. Giacomo Della Posta 5
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Informazioni tesi

  Autore: Giacomo Della Posta
  Tipo: Tesi di Laurea Magistrale
  Anno: 2016-17
  Università: Università degli Studi di Roma La Sapienza
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria Aeronautica
  Relatore: Matteo Bernardini
  Lingua: Inglese
  Num. pagine: 179

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Parole chiave

wavelet transform
shock wave/boundary-layer interactions
overexpanded nozzle
detached-eddy simulation

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