Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Determination of thermal stresses of GTM-120 turbojet engine combustion chamber

Maciej Piotr Krzesicki

Abstract

The aim of this thesis is to determine thermal stresses of GTM-120 turbojet engine combustion chamber. This combustion chamber is the central point of the test rig created in the Institute of Heat Engineering of Warsaw University of Technology. As a part of the interim project, the author of this work took part in tests at the test rig mentioned above and collected a number of technical data of GTM-120 engine combustion chamber. This data is the base for the numerical calculations performed in this thesis. The goal of these calculations was to find points of the combustion chamber with the highest thermal load and thereby with the highest risk of damage. To achieve this, CFD and FEM tools were used. At the beginning of the work, the types of combustion chambers and requirements of modern turbine engines are presented. The details of a typical combustion chambers’ construction and processes taking part inside of it, especially heat transfer processes, are also described. At the end of this part, CFD and FEM tools are presented. In the next chapter, GTM-120 turbojet engine is described – its geometry, operating parameters and modifications implemented in it because of the test rig. The combustion chamber of GTM-120 engine is also presented in this chapter – its geometry, material data and processes taking part inside of it. In Chapter 5 the analysis of the simple thermal problem is presented. This analysis is a test of a coupled CFD-FEM analysis carried out in ANSYS Workbench 15.0 software. To perform CFD analysis Fluent software was used and to perform FEM analysis ANSYS Mechanical software was used. Fluent and ANSYS Mechanical are the modules of ANSYS Workbench software. In Chapter 6 the analysis of thermal loads and thermal stresses of GTM-120 turbojet engine combustion chamber is performed. Its operating parameters and 3D models of its structure and the area of the fluid flow are presented – they are the base for the numerical calculations conducted in this analysis. In further part of this chapter the coupled CFD-FEM analysis and its results are described. The results of the analysis are compared with experimental data collected during tests conducted at the test rig. Finally, conclusions of the numerical calculations are presented and strength of GTM-120 engine combustion chamber in case of its thermal loads is described.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Maciej Piotr Krzesicki (FPAE) Maciej Piotr Krzesicki,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Wyznaczanie naprężeń termicznych w komorze spalania silnika turboodrzutowego GTM-120
Supervisor
Piotr Marek (FPAE/IAAM) Piotr Marek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)
Study subject / specialization
, Lotnictwo i Kosmonautyka
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
18-02-2016
Issue date (year)
2016
Pages
117
Internal identifier
MEL; PD-3610
Reviewers
Grzegorz Krzesiński (FPAE/IAAM) Grzegorz Krzesiński,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Piotr Marek (FPAE/IAAM) Piotr Marek,, The Institute of Aeronautics and Applied Mechanics (FPAE/IAAM)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
komora spalania, silnik turboodrzutowy, spalanie, wymiana ciepła, metoda elementów skończonych, obliczeniowa mechanika płynów, obciążenia cieplne, naprężenia termiczne
Keywords in English
combustion chamber, turbojet engine, combustion, heat transfer, Finite Element Method, Computational Fluid Dynamics, thermal loads, thermal stresses
Abstract in Polish
Niniejsza praca dotyczy zagadnienia naprężeń termicznych występujących w komorze spalania miniaturowego silnika turboodrzutowego GTM-120. Komora ta stanowi centralny punkt stanowiska badań miniaturowych komór spalania znajdującego się w gmachu Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej. W toku badań, w których uczestniczył autor w ramach pracy przejściowej inżynierskiej, uzyskane zostały parametry pracy komory spalania silnika GTM-120 oraz jej dane geometryczne. Stanowią one podstawę do obliczeń numerycznych przeprowadzonych w niniejszej pracy. Ich celem było znalezienie miejsc w strukturze badanej komory spalania najbardziej obciążonych cieplnie, a zatem najbardziej narażonych na uszkodzenie. Do jego osiągnięcia niezbędne było wykorzystanie narzędzi CFD i FEM. W pierwszej części pracy dokonywany jest przegląd typów komór spalania wykorzystywanych w turbinowych silnikach lotniczych oraz wymagań, jakie stawia przed nimi współczesna branża lotnicza. Omówione zostają również elementy ich konstrukcji i procesy w nich zachodzące, ze szczególnym uwzględnieniem zagadnień wymiany ciepła. Na zakończenie tej części pracy przedstawiane są narzędzia CFD i FEM. W kolejnym rozdziale opisywany jest silnik GTM-120 – jego geometria, parametry pracy oraz modyfikacje wprowadzone na potrzeby stanowiska pomiarowego stworzonego w gmachu Instytutu Techniki Cieplnej Politechniki Warszawskiej. Przedstawiona jest także jego komora spalania – jej dane geometryczne, materiałowe oraz scharakteryzowane zostają procesy w niej występujące. Rozdział 5 zawiera analizę prostego zagadnienia cieplnego, która stanowi test łączenia wyników obliczeń przeprowadzanych w modułach CFD i FEM programu ANSYS Workbench 15.0. Tymi modułami są odpowiednio programy Fluent i ANSYS Mechanical. W rozdziale 6 przeprowadzona zostaje analiza obciążeń cieplnych komory spalania silnika GTM-120 i naprężeń termicznych występujących w jej strukturze. Przedstawione zostają parametry jej pracy stanowiące dane wejściowe do obliczeń numerycznych oraz modele 3D jej struktury i czynnika roboczego. Omówione są przebieg i wyniki łączonej analizy CFD-FEM oraz dokonana zostaje ich walidacja na podstawie danych eksperymentalnych. Na koniec prezentowane są wnioski z przeprowadzonych obliczeń numerycznych i ocena wytrzymałości struktury badanej komory spalania wobec obciążeń cieplnych, którym jest poddawana.
File
  • File: 1
    Maciej Krzesicki - praca dyplomowa inżynierska.pdf
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 9155

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUT4626678fe08048e195197fec632f7fcc/
URN
urn:pw-repo:WUT4626678fe08048e195197fec632f7fcc

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page