Knowledge base: Warsaw University of Technology

Settings and your account

Back

Rotaring detonation chamber design for a small turbine engine

Urszula Niedzielska

Abstract

The purpose of this thesis is to design and analyze geometry of a rotating detonation chamber. Model of the chamber is part of the project, which aims to develop an innovative small turbine engine. This engine is to use a compressor-turbine assembly of automotive turbocharger and a detonation chamber, thereby increasing engine’s efficiency and simplifying its structure. For a reliable and lightweight design of combustion chamber structural materials with high heat and corrosion resistance were analyzed. The best materials for construction of the chamber were suggested considering the temperature and conditions of the detonation process. Basing on the geometry of a detonation chamber tested at Warsaw University of Technology and taking into account the geometry constrains of compressor-turbine assembly together with the lubrication system, a detonation chamber was designed. In order to choose the best cooling system three models of cooling were developed - air cooling system - air cooling system with perforated walls and water cooling. For each of them computational grid and boundary conditions in the Gambit program were created. The values for the boundary conditions and initialization of the flow were obtained from the Fortran 95 code written for the purposes of this project. A preliminary two-dimensional numerical analysis was conducted in ANSYS Fluent and the qualitative results as well as the sanity check for assumed physical conditions were obtained. Next, three-dimensional models for all of the chamber models were designed and quantitative analysis for different values of mass flow rates through the chamber and cooling system was conducted. The results enabled introducing useful modifications and final comparison between cooling systems. The result of this work is a simple design of a rotating detonation chamber with a cooling system that cooperates with compressor-turbine assembly of the automotive turbocharger, and comprises an integral part of an innovative small jet engine.
Record ID
WUTac072ca44e824c00931fee4f66fcbea2
Diploma type
Master of Science
Author
Urszula Niedzielska (FPAE/IHE) Urszula Niedzielska,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Title in Polish
Projekt detonacji komory spalania do małego silnika turbinowego
Supervisor
Jan Kindracki (FPAE/IHE) Jan Kindracki,, 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)
Language
(en) English
Status
Finished
Defense Date
06-09-2012
Issue date (year)
2012
Pages
74
Internal identifier
MEL; PD-1930
Reviewers
Andrzej Teodorczyk (FPAE/IHE) Andrzej Teodorczyk,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE) Jan Kindracki (FPAE/IHE) Jan Kindracki,, The Institute of Heat Engineering (FPAE/IHE)Faculty of Power and Aeronautical Engineering (FPAE)
Keywords in Polish
komora spalania, silniki lotnicze turbinowe, chłodzenie
Keywords in English
rotating detonation chamber, construction materials, cooling, numerical
Abstract in Polish
Celem niniejszej pracy dyplomowej jest projekt oraz analiza geometrii detonacyjnej komory spalania. Model komory spalania jest czescia projektu, który ma na celu stworzenie małego innowacyjnego silnika turbinowego. Silnik ten ma wykorzystywac zespół sprezarka-turbina z turbosprezarki samochodowej oraz detonacyjna komore spalania, co pozwoli na zwiekszenie sprawnosci silnika oraz uproszczenie jego konstrukcji. W celu zaprojektowania niezawodnej i lekkiej komory spalania przeanalizowane zostały własnosci materiałów konstrukcyjnych o duzej wytrzymałosci na ciepło i korozje. Zaproponowano najlepsze materiały do budowy komory biorac pod uwage temperature oraz warunki detonacyjnego procesu spalania. Bazujac na geometrii detonacyjnej komory spalania przetestowanej na PolitechniceWarszawskiej oraz biorac pod uwage geometrie wykorzystywanego zespołu sprezarka-turbina wraz z układem olejenia zaprojektowano komore spalania. W celu analizy najlepszego systemu chłodzenia scianek komory stworzono trzy modele chłodzenia - chłodzenie powietrzem, - chłodzenie powietrzem z perforacja scianek, oraz chłodzenie woda. Dla kazdego z nich stworzono siatke obliczeniowa oraz nadano warunki brzegowe w programie Gambit. Wartosci dla warunków brzegowych oraz inicjalizacji przepływu otrzymano na podstawie kodu stworzonego na potrzeby pracy w jezyku Fotran 95. Przeprowadzono wstepna dwu wymiarowa analize numeryczna, której wyniki o charakterze jakosciowym stanowiły baze do dalszych obliczen. Nastepnie stworzono geometrie oraz siatki obliczeniowe w trój wymiarze dla wszystkich rozwazanych modeli chłodzenia komory i przeprowadzono analize numeryczna dla róznych wartosci masowego natezenia przepływu przez system chłodzenia. Bazujac na wynikach analizy wprowadzono modyfikacje i zasugerowano najkorzystniejszy przypadek. Efektem pracy jest prosta komora spalania z systemem chłodzenia współpracujaca ze sprezarka i turbina z turbosprezarki samochodowej, bedaca integralna czescia małego innowacyjnego silnika odrzutowego.
File
  • File: 1
    Praca_Magisterska_Urszula_Niedzielska.pdf
Request a WCAG compliant version

Uniform Resource Identifier
https://repo.pw.edu.pl/info/master/WUTac072ca44e824c00931fee4f66fcbea2/
URN
urn:pw-repo:WUTac072ca44e824c00931fee4f66fcbea2

Confirmation
Are you sure?
Report incorrect data on this page