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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 Free Shock Separation (FSS) The boundary layer separates at a certain point on the nozzle wall and never reattaches. It was the first mechanism observed and the pressure profile along the wall is dominated by the SWBLI present where a supersonic flow separates. In fig.1.6 it can be seen how the recirculating region caused by separation, in which the external fluid is sucked into a subsonic region, is at the origin of an oblique shock wave near the wall, the separation shock. If an internal shock is present, e.g. TOC nozzles, this or the separation shock, interacts with the Mach disk/stem at the triple point, where a reflection shock arises. The separated flow then quits the nozzle as a supersonic free jet. Because of the oblique shock, the wall pressure first rises and then reaches a plateau at a value that is slightly lower than the ambient level, due to loss at the lip associated to small counter rotating vortex. The annular supersonic plume is limited by two mixing layer, an internal and external one. Figure 1.6: Internal shock structure under FSS regime in a TOP nozzle with example of pressure evolution along the wall. [1] Restricted Shock Separation (RSS) Hypothesized and described for the first time in the pioneering work of Nave and Coffey [62] during cold-flow subscale tests of the J-2S engine’s project in the early 70s, this regime is observed only for highly overexpanded conditions. A completely different and peculiar flow pattern develops that includes reattachment of the flow, initially deduced by the evolution of pressure along the wall, which showed an unsteady behavior downstream of the separation point with strong irregularity finallyreachingapressurehigherthanambientvaluecausedbythealternatingshocksandexpansion waves induced by reattachment. A special shock structure, the cap-shock, and a low-speed trapped vortex downstream of the Mach disk/stem are characteristics of this situation. In some kinds of nozzle geometries an internal shock is present in order to match the change in the direction imposed by the shape of the wall; this interacts with the Mach disk far downstream to the throat and joins the transmitted cone-shaped oblique strong reflected shock into a triple point. The separation shock and the strong reflected Giacomo Della Posta 8
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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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