tfaws
play

TFAWS August 21-25, 2017 NASA Marshall Space Flight Center MSFC - PowerPoint PPT Presentation

TFAWS Active Thermal Paper Session AN INNOVATIVE METHODOLOGY FOR ERROR ANALYSIS OF THERMO-FLUID SYSTEMS David Dodoo-Amoo, Julio Mendez, Mookesh Dhanasar, Frederick Ferguson North Carolina A&T State University Presented By David


  1. TFAWS Active Thermal Paper Session AN INNOVATIVE METHODOLOGY FOR ERROR ANALYSIS OF THERMO-FLUID SYSTEMS David Dodoo-Amoo, Julio Mendez, Mookesh Dhanasar, Frederick Ferguson North Carolina A&T State University Presented By David Dodoo-Amoo Thermal & Fluids Analysis Workshop TFAWS 2017 TFAWS August 21-25, 2017 NASA Marshall Space Flight Center MSFC โˆ™ 2017 Huntsville, AL

  2. Governing Equations โ€ข Conservation of Mass : ๐œ– ๐œ๐ต + ๐œ– ๐œ๐‘ฃ๐ต = 0 ๐œ–๐‘ข ๐œ–๐‘ฆ โ€ข Conservation of Momentum : + ๐œ– ๐œ๐‘ฃ 2 + ๐‘ž ๐ต ๐œ– ๐œ๐‘ฃ๐ต โˆ’ ๐‘ž ๐‘’๐ต ๐‘’๐‘ฆ = 0 ๐œ–๐‘ข ๐œ–๐‘ฆ โ€ข Conservation of Energy : ๐œ– ๐œ๐‘“ ๐‘ˆ ๐ต + ๐œ– ๐œ๐‘“ ๐‘ˆ + ๐‘ž ๐‘ฃ๐ต = 0 ๐œ–๐‘ข ๐œ–๐‘ฆ TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017 2

  3. าง าง าง าง าง าง าง าง าง Governing Equations- Non Dimensional โ€ข Conservation of Mass : ๐œ าง ๐‘ฃ าง ๐œ– ๐ต + ๐œ– ๐œเดค ๐ต = 0 ๐œ– าง ๐‘ข ๐œ– าง ๐‘ฆ โ€ข Conservation of Momentum : ๐‘ฃ าง ๐‘’ าง เดค ๐œเดค ๐œ– ๐œเดค ๐ต + ๐œ– ๐‘ˆ โˆ’ าง ๐‘ˆ ๐ต ๐‘ฃ 2 + ๐œ าง ๐ต เดค ๐‘ฆ = 0 ๐œ– าง ๐‘ข ๐œ– าง ๐‘ฆ ๐›ฟ ๐›ฟ ๐‘’ าง โ€ข Conservation of Energy : ๐œ– ๐ต + ๐œ– ๐‘“ ๐‘ˆ าง ๐‘ฃ าง ๐‘“ ๐‘ˆ + เดค ๐œ าง ๐œเดค ๐ต ๐‘ˆ = 0 ๐œ– าง ๐‘ข ๐œ– าง ๐‘ฆ ๐‘“ ๐›ฟ ๐‘ฃ 2 ๐‘“ ๐‘ˆ โ‰ ๐›ฟโˆ’1 + 2 เดค Where TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017 3

  4. Vector Form ๐œ–๐‘‰ ๐œ–๐บ ๐œ–๐‘ข + ๐œ–๐‘ฆ โˆ’ ๐ป = 0 Where the vectors, U, F and G are defined as ๐œ๐‘ฃ๐ต 0 ๐œ๐ต ๐œ๐‘ฃ๐ต ๐œ๐ต ๐‘ฃ 2 + ๐‘ˆ ๐œ๐‘ˆ ๐‘’๐ต ๐‘‰ = , ๐บ = , ๐ป = ๐›ฟ ๐‘’๐‘ฆ ๐›ฟ ๐œ๐‘“ ๐‘ˆ ๐ต ๐œ๐‘ฃ๐ต ๐‘“ ๐‘ˆ + ๐‘ˆ 0 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017 4

  5. Quasi 1-D Problems Problem ID1: Anderson Nozzle Isentropic Flow Initial Conditions ๐‘ข=0 ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 2.2(๐‘ฆ โˆ’ 1.5) 2 1.0 ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 0.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 1.0 โˆ’ 0.366 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0.5 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 โˆ’ 0.167 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 0.634 โˆ’ 0.3879 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐œ 0.59 ๐œ๐ต ๐‘ฃ = ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โ‰ฅ 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  0.833 โˆ’ 0.3507 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  5 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  6. Quasi 1-D Problems Problem ID1: Anderson Nozzle Isentropic Flow Inflow Conditions ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 2.2(๐‘ฆ โˆ’ 1.5) 2 ๐‘ข ๐œ 1.0 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ฃ 2 โˆ’ ๐‘ฃ 3 ๐‘ˆ ๐‘—=1 1.0 Outflow Conditions ๐‘œ 2.0๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐œ 2.0๐‘ฃ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐‘ฃ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ 6 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  7. Quasi 1-D Problems Problem ID2: Anderson Nozzle Shock Flow Initial Conditions ๐‘ข=0 ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 2.2(๐‘ฆ โˆ’ 1.5) 2 1.0 ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 0.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 1.0 โˆ’ 0.366 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0.5 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 โˆ’ 0.167 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 0.634 โˆ’ 0.3879 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐œ 0.59 ๐œ๐ต ๐‘ฃ = ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โ‰ฅ 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  0.833 โˆ’ 0.3507 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  7 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  8. Quasi 1-D Problems Problem ID2: Anderson Nozzle Shock Flow Inflow Conditions ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 2.2(๐‘ฆ โˆ’ 1.5) 2 ๐‘ข ๐œ 1.0 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ฃ 2 โˆ’ ๐‘ฃ 3 ๐‘ˆ ๐‘—=1 1.0 Outflow Conditions ๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 ๐‘ข ๐œ ๐‘ฃ = 0.1520 ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 8 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  9. Quasi 1-D Problems Problem ID3: Absolute Nozzle Isentropic Flow Initial Conditions ๐‘ข=0 1.0 ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 5.3 ๐‘๐‘๐‘ก| ๐‘ฆ โˆ’ 1.5 | ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 0.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 1.0 โˆ’ 0.366 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0.5 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 โˆ’ 0.167 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 0.634 โˆ’ 0.3879 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐œ 0.59 ๐œ๐ต ๐‘ฃ = ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โ‰ฅ 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  0.833 โˆ’ 0.3507 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  9 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  10. Quasi 1-D Problems Problem ID3: Absolute Nozzle Isentropic Flow Inflow Conditions ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 5.3 ๐‘๐‘๐‘ก| ๐‘ฆ โˆ’ 1.5 | ๐‘ข ๐œ 1.0 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ฃ 2 โˆ’ ๐‘ฃ 3 ๐‘ˆ ๐‘—=1 1.0 Outflow Conditions ๐‘œ 2.0๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐œ 2.0๐‘ฃ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐‘ฃ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ 10 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  11. Quasi 1-D Problems Problem ID4: Absolute Nozzle Isentropic Flow Initial Conditions ๐‘ข=0 1.0 ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 5.3 ๐‘๐‘๐‘ก| ๐‘ฆ โˆ’ 1.5 | ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 0.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 1.0 โˆ’ 0.366 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0.5 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 โˆ’ 0.167 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 0.634 โˆ’ 0.3879 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐œ 0.59 ๐œ๐ต ๐‘ฃ = ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โ‰ฅ 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  0.833 โˆ’ 0.3507 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  11 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  12. Quasi 1-D Problems Problem ID4: Absolute Nozzle Isentropic Flow Inflow Conditions ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 5.3 ๐‘๐‘๐‘ก| ๐‘ฆ โˆ’ 1.5 | ๐‘ข ๐œ 1.0 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ฃ 2 โˆ’ ๐‘ฃ 3 ๐‘ˆ ๐‘—=1 1.0 Outflow Conditions ๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 ๐‘ข ๐œ ๐‘ฃ = 0.1520 ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 12 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  13. Quasi 1-D Problems Problem ID5: Feng Nozzle Isentropic Flow Initial Conditions ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 2.2 ๐‘ฆ โˆ’ 1.50 2 ๐‘”๐‘๐‘  ๐‘ฆ โ‰ค 1.5 ๐‘ข=0 ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 0.2223 ๐‘ฆ โˆ’ 1.50 2 1.0 ๐œ ๐‘”๐‘๐‘  ๐‘ฆ > 1.5 ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 0.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 1.0 โˆ’ 0.366 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0.5 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 โˆ’ 0.167 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 0.634 โˆ’ 0.3879 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐œ 0.59 ๐œ๐ต ๐‘ฃ = ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โ‰ฅ 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  0.833 โˆ’ 0.3507 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  13 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  14. Quasi 1-D Problems Problem ID5: Feng Nozzle Isentropic Flow ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 2.2 ๐‘ฆ โˆ’ 1.50 2 Inflow Conditions ๐‘”๐‘๐‘  ๐‘ฆ โ‰ค 1.5 ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 0.2223 ๐‘ฆ โˆ’ 1.50 2 ๐‘”๐‘๐‘  ๐‘ฆ > 1.5 ๐‘ข ๐œ 1.0 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ฃ 2 โˆ’ ๐‘ฃ 3 ๐‘ˆ ๐‘—=1 1.0 Outflow Conditions ๐‘œ 2.0๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐œ 2.0๐‘ฃ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐‘ฃ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 โˆ’ ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’2 ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ 14 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  15. Quasi 1-D Problems Problem ID6: Feng Nozzle Shock Flow Initial Conditions ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 2.2 ๐‘ฆ โˆ’ 1.50 2 ๐‘”๐‘๐‘  ๐‘ฆ โ‰ค 1.5 ๐‘ข=0 ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 0.2223 ๐‘ฆ โˆ’ 1.50 2 1.0 ๐œ ๐‘”๐‘๐‘  ๐‘ฆ > 1.5 ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 0.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 1.0 โˆ’ 0.366 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐œ ๐‘ฃ 0.59 ๐œ๐ต = 0.5 โ‰ค ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  < 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  1.0 โˆ’ 0.167 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 0.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  ๐‘ข=0 0.634 โˆ’ 0.3879 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐œ 0.59 ๐œ๐ต ๐‘ฃ = ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โ‰ฅ 1.5 เต— ๐‘ˆ ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  0.833 โˆ’ 0.3507 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  โˆ’ 1.5 ๐‘ฆ ๐‘๐‘๐‘  15 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  16. Quasi 1-D Problems Problem ID6: Feng Nozzle Shock Flow ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 2.2 ๐‘ฆ โˆ’ 1.50 2 Inflow Conditions ๐‘”๐‘๐‘  ๐‘ฆ โ‰ค 1.5 ๐ต ๐‘ฆ = 1.0 + 0.2223 ๐‘ฆ โˆ’ 1.50 2 ๐‘”๐‘๐‘  ๐‘ฆ > 1.5 ๐‘ข ๐œ 1.0 ๐‘ฃ = 2.0๐‘ฃ 2 โˆ’ ๐‘ฃ 3 ๐‘ˆ ๐‘—=1 1.0 Outflow Conditions ๐‘œ ๐œ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 ๐œ 0.48 ๐‘ฃ = ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ โˆ’1 ๐‘ˆ ๐‘— ๐‘›๐‘๐‘ฆ 16 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  17. Quasi 1-D Problems Problem ID7: Hoffmann Nozzle Isentropic flow Initial Conditions ๐ต ๐‘ฆ = 1.5643 + 0.3883tanh(8๐‘ฆ โˆ’ 4) ๐‘ข=0 0.395 ๐œ ๐‘ฃ = 0 โ‰ค ๐‘Œ ๐‘๐‘๐‘  โ‰ค 1 1.5 ร— 0.6897 ๐‘ˆ ๐‘— 0.6897 17 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  18. Quasi 1-D Problems Problem ID7: Hoffmann Nozzle Isentropic flow ๐ต ๐‘ฆ = 1.5643 + 0.3883tanh(8๐‘ฆ โˆ’ 4) Inflow Conditions 0.395 ๐œ ๐‘ฃ = 1.5 ร— 0.6897 ๐‘ˆ 1 0.6897 Outflow Conditions ๐‘œ ๐‘œ ๐‘œ ๐œ ๐œ ๐œ ๐‘ฃ ๐‘ฃ ๐‘ฃ = 2 โˆ’ ๐‘ˆ ๐ฝ๐‘›๐‘๐‘ฆ ๐‘ˆ ๐ฝ๐‘›๐‘๐‘ฆโˆ’1 ๐‘ˆ ๐ฝ๐‘›๐‘๐‘ฆโˆ’2 18 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

  19. Quasi 1-D Problems Problem ID8: Hoffmann Nozzle Shock flow Initial Conditions ๐ต ๐‘ฆ = 1.5643 + 0.3883tanh(8๐‘ฆ โˆ’ 4) ๐‘ข=0 0.395 ๐œ ๐‘ฃ = 0 โ‰ค ๐‘Œ ๐‘๐‘๐‘  โ‰ค 1 1.5 ร— 0.6897 ๐‘ˆ ๐‘— 0.6897 19 TFAWS 2017 โ€“ August 21-25, 2017

Recommend


More recommend