Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Optimization of heat transfer between stream of exhaust gases and fuselage in a small aircraft

Piotr Jaźwiński

Abstract

This paper describes optimization of exhaust outlets based on interaction between stream of exhaust fumes and fuselage in a small aircraft. Several modifications on geometry of an exhaust system in an aircraft PZL I-23 were taken up. In order to do that, ANSYS Workbench 16.2 Environment was applied. Optimization is a highly significant process considering economic and durability aspects. The work was conducted in a few steps, which are described below. In a theoretical part, initial technical description and data of investigated object was described. Mathematical model containing equations used to compute heat transfer and fluid flow was also presented. Practical part includes preparation of aircraft's geometry. Different concepts of changed geometrical model was described and illustrated. The next step was generation of computational grid, which was imported to ANSYS Fluent afterwards. Parameters, methodology and graphic representation of grids are presented in next chapters. In the further part of the paper, numerical model is developed. Geometrical planes, assumed as boundary conditions are shown. Model description contains also values of parameters at Boundary Conditions. In addition, properties of air and exhaust gases were presented. Moreover, properties of used materials are taken into account. Chapter contains methodology of conducted calculations in the software as well. Results of carried out simulation are worked out in the last chapters. They are presented graphically with main parameters emphasized. Such values as temperature and velocity distribution on the bottom part of the fuselage or mass fractions at exhaust outlets are determined. To sum up, analysed results and conclusions are compared basing on earlier considerations. Impact of stream of exhaust gases on a fuselage and comparison of each case is found. Analysis contains impingement on aerodynamics of aircraft as well. The most reasonable choice would be geometry with the slightest modifications, taking each case into consideration.
Diploma type
Engineer's / Bachelor of Science
Diploma type
Engineer's thesis
Author
Piotr Jaźwiński (FPAE) Piotr Jaźwiński,, Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Optymalizacja cieplna oddziaływania strugi spalin z kadłubem w małym samolocie
Supervisor
Piotr Łapka (FPAE/IHE) Piotr Łapka,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Certifying unit
Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Affiliation unit
The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)
Study subject / specialization
, Energetyka (Power Engineering)
Language
(pl) Polish
Status
Finished
Defense Date
24-03-2016
Issue date (year)
2016
Pages
59
Internal identifier
MEL; PD-3636
Reviewers
Piotr Furmański (FPAE/IHE) Piotr Furmański,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Piotr Łapka (FPAE/IHE) Piotr Łapka,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
wymiana ciepła, symulacja numeryczna, optymalizacja, układ wylotowy, samolot
Keywords in English
heat transfer, numerical simulation, optimization, exhaust system, aircraft
Abstract in Polish
W niniejszej pracy dyplomowej wykonano optymalizację cieplną układu wylotowego spalin w małym samolocie. Wsparto się w tym celu oprogramowaniem do symulacji numerycznych, jakim jest środowisko ANSYS. Optymalizacja jest procesem mającym istotne znaczenie, biorąc pod uwagę względy ekonomiczne i wytrzymałościowe. Obliczenia zostały przeprowadzone w kilku etapach. Praca dzieli się na takie części jak przygotowanie modelu geometrycznego, wygenerowanie siatek obliczeniowych czy model numeryczny. W części teoretycznej znajduje się opis oraz dane techniczne badanego obiektu w wersji pierwotnej. Przedstawiono również model matematyczny, uwzględniający równania użyte do obliczeń wymiany ciepła i przepływu płynu. Część praktyczna obejmuje przygotowanie geometrii samolotu. Opisano i zilustrowano, w jaki sposób model geometryczny został zmieniony. Konfiguracje polegały na odpowiednim skróceniu, bądź przycięciu wystającej części układu spalinowego w samolocie. Następnym krokiem było wygenerowanie siatek obliczeniowych, importowanych później do programu ANSYS Fluent. Parametry, metodologię oraz graficzną reprezentację siatek zaprezentowano szczegółowo w pracy. W dalszej części pracy opracowano model numeryczny w programie ANSYS Fluent. Opisano warunki brzegowe oraz podano przyjęte parametry na brzegach. Zestawiono również własności termofizyczne powietrza oraz gazów spalinowych, biorących udział w symulacji. Ponadto podano też właściwości materiałów, z których wykonane są optymalizowane części samolotu oraz jego pokrycie. Opis zawiera także metodologię przeprowadzanych obliczeń w oprogramowaniu ANSYS Fluent. Ostatnie rozdziały stanowią opracowanie wyników. Przedstawiono je w postaci graficznej wraz z wyszczególnieniem najważniejszych parametrów. Wyznaczono takie wielkości jak np.: rozkład temperatur, rozkład prędkości, czy udział masowy poszczególnych gazów w spalinach. W podsumowaniu przeanalizowano wyniki oraz zawarto wnioski na podstawie rozważań podjętych w pracy. Pokazano wpływ oddziaływania strugi spalin z kadłubem oraz porównano ze sobą wszystkie przypadki. W analizie uwzględniono także wpływ zmienionej geometrii na aerodynamikę samolotu. Z wszystkich rozważanych przypadków, najbardziej optymalną alternatywą okazał się przypadek najbardziej zbliżony do oryginalnego.
File
  • File: 1
    praca_dyplomowa_Jazwinski_Piotr.PDF
Request a WCAG compliant version
Local fields
Identyfikator pracy APD: 10320

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/bachelor/WUTf65df20d52bc4ce08e9f47fa51b4d0b4/
URN
urn:pw-repo:WUTf65df20d52bc4ce08e9f47fa51b4d0b4

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page