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 โ 2017 Huntsville, AL
Governing Equations โข Conservation of Mass : ๐ ๐๐ต + ๐ ๐๐ฃ๐ต = 0 ๐๐ข ๐๐ฆ โข Conservation of Momentum : + ๐ ๐๐ฃ 2 + ๐ ๐ต ๐ ๐๐ฃ๐ต โ ๐ ๐๐ต ๐๐ฆ = 0 ๐๐ข ๐๐ฆ โข Conservation of Energy : ๐ ๐๐ ๐ ๐ต + ๐ ๐๐ ๐ + ๐ ๐ฃ๐ต = 0 ๐๐ข ๐๐ฆ TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017 2
าง าง าง าง าง าง าง าง าง Governing Equations- Non Dimensional โข Conservation of Mass : ๐ าง ๐ฃ าง ๐ ๐ต + ๐ ๐เดค ๐ต = 0 ๐ าง ๐ข ๐ าง ๐ฆ โข Conservation of Momentum : ๐ฃ าง ๐ าง เดค ๐เดค ๐ ๐เดค ๐ต + ๐ ๐ โ าง ๐ ๐ต ๐ฃ 2 + ๐ าง ๐ต เดค ๐ฆ = 0 ๐ าง ๐ข ๐ าง ๐ฆ ๐ฟ ๐ฟ ๐ าง โข Conservation of Energy : ๐ ๐ต + ๐ ๐ ๐ าง ๐ฃ าง ๐ ๐ + เดค ๐ าง ๐เดค ๐ต ๐ = 0 ๐ าง ๐ข ๐ าง ๐ฆ ๐ ๐ฟ ๐ฃ 2 ๐ ๐ โ ๐ฟโ1 + 2 เดค Where TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017 3
Vector Form ๐๐ ๐๐บ ๐๐ข + ๐๐ฆ โ ๐ป = 0 Where the vectors, U, F and G are defined as ๐๐ฃ๐ต 0 ๐๐ต ๐๐ฃ๐ต ๐๐ต ๐ฃ 2 + ๐ ๐๐ ๐๐ต ๐ = , ๐บ = , ๐ป = ๐ฟ ๐๐ฆ ๐ฟ ๐๐ ๐ ๐ต ๐๐ฃ๐ต ๐ ๐ + ๐ 0 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017 4
Quasi 1-D Problems Problem ID1: Anderson Nozzle Isentropic Flow Initial Conditions ๐ข=0 ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 2.2(๐ฆ โ 1.5) 2 1.0 ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 0.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 1.0 โ 0.366 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0.5 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 โ 0.167 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 0.634 โ 0.3879 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ 0.59 ๐๐ต ๐ฃ = ๐ฆ ๐๐๐ โฅ 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 0.833 โ 0.3507 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ฆ ๐๐๐ 5 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID1: Anderson Nozzle Isentropic Flow Inflow Conditions ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 2.2(๐ฆ โ 1.5) 2 ๐ข ๐ 1.0 ๐ฃ = 2.0๐ฃ 2 โ ๐ฃ 3 ๐ ๐=1 1.0 Outflow Conditions ๐ 2.0๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ 2.0๐ฃ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ฃ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ฃ = 2.0๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ ๐ ๐๐๐ฆ 6 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID2: Anderson Nozzle Shock Flow Initial Conditions ๐ข=0 ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 2.2(๐ฆ โ 1.5) 2 1.0 ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 0.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 1.0 โ 0.366 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0.5 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 โ 0.167 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 0.634 โ 0.3879 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ 0.59 ๐๐ต ๐ฃ = ๐ฆ ๐๐๐ โฅ 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 0.833 โ 0.3507 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ฆ ๐๐๐ 7 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID2: Anderson Nozzle Shock Flow Inflow Conditions ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 2.2(๐ฆ โ 1.5) 2 ๐ข ๐ 1.0 ๐ฃ = 2.0๐ฃ 2 โ ๐ฃ 3 ๐ ๐=1 1.0 Outflow Conditions ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 ๐ข ๐ ๐ฃ = 0.1520 ๐ ๐ ๐๐๐ฆ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 8 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID3: Absolute Nozzle Isentropic Flow Initial Conditions ๐ข=0 1.0 ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 5.3 ๐๐๐ก| ๐ฆ โ 1.5 | ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 0.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 1.0 โ 0.366 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0.5 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 โ 0.167 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 0.634 โ 0.3879 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ 0.59 ๐๐ต ๐ฃ = ๐ฆ ๐๐๐ โฅ 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 0.833 โ 0.3507 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ฆ ๐๐๐ 9 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID3: Absolute Nozzle Isentropic Flow Inflow Conditions ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 5.3 ๐๐๐ก| ๐ฆ โ 1.5 | ๐ข ๐ 1.0 ๐ฃ = 2.0๐ฃ 2 โ ๐ฃ 3 ๐ ๐=1 1.0 Outflow Conditions ๐ 2.0๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ 2.0๐ฃ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ฃ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ฃ = 2.0๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ ๐ ๐๐๐ฆ 10 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID4: Absolute Nozzle Isentropic Flow Initial Conditions ๐ข=0 1.0 ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 5.3 ๐๐๐ก| ๐ฆ โ 1.5 | ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 0.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 1.0 โ 0.366 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0.5 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 โ 0.167 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 0.634 โ 0.3879 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ 0.59 ๐๐ต ๐ฃ = ๐ฆ ๐๐๐ โฅ 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 0.833 โ 0.3507 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ฆ ๐๐๐ 11 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID4: Absolute Nozzle Isentropic Flow Inflow Conditions ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 5.3 ๐๐๐ก| ๐ฆ โ 1.5 | ๐ข ๐ 1.0 ๐ฃ = 2.0๐ฃ 2 โ ๐ฃ 3 ๐ ๐=1 1.0 Outflow Conditions ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 ๐ข ๐ ๐ฃ = 0.1520 ๐ ๐ ๐๐๐ฆ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 12 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID5: Feng Nozzle Isentropic Flow Initial Conditions ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 2.2 ๐ฆ โ 1.50 2 ๐๐๐ ๐ฆ โค 1.5 ๐ข=0 ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 0.2223 ๐ฆ โ 1.50 2 1.0 ๐ ๐๐๐ ๐ฆ > 1.5 ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 0.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 1.0 โ 0.366 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0.5 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 โ 0.167 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 0.634 โ 0.3879 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ 0.59 ๐๐ต ๐ฃ = ๐ฆ ๐๐๐ โฅ 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 0.833 โ 0.3507 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ฆ ๐๐๐ 13 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID5: Feng Nozzle Isentropic Flow ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 2.2 ๐ฆ โ 1.50 2 Inflow Conditions ๐๐๐ ๐ฆ โค 1.5 ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 0.2223 ๐ฆ โ 1.50 2 ๐๐๐ ๐ฆ > 1.5 ๐ข ๐ 1.0 ๐ฃ = 2.0๐ฃ 2 โ ๐ฃ 3 ๐ ๐=1 1.0 Outflow Conditions ๐ 2.0๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ 2.0๐ฃ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ฃ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ฃ = 2.0๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 โ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ2 ๐ ๐ ๐๐๐ฆ 14 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID6: Feng Nozzle Shock Flow Initial Conditions ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 2.2 ๐ฆ โ 1.50 2 ๐๐๐ ๐ฆ โค 1.5 ๐ข=0 ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 0.2223 ๐ฆ โ 1.50 2 1.0 ๐ ๐๐๐ ๐ฆ > 1.5 ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 0.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 1.0 โ 0.366 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ ๐ฃ 0.59 ๐๐ต = 0.5 โค ๐ฆ ๐๐๐ < 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 1.0 โ 0.167 ๐ฆ ๐๐๐ โ 0.5 ๐ฆ ๐๐๐ ๐ข=0 0.634 โ 0.3879 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ 0.59 ๐๐ต ๐ฃ = ๐ฆ ๐๐๐ โฅ 1.5 เต ๐ ๐ฆ ๐๐๐ 0.833 โ 0.3507 ๐ฆ ๐๐๐ โ 1.5 ๐ฆ ๐๐๐ 15 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID6: Feng Nozzle Shock Flow ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 2.2 ๐ฆ โ 1.50 2 Inflow Conditions ๐๐๐ ๐ฆ โค 1.5 ๐ต ๐ฆ = 1.0 + 0.2223 ๐ฆ โ 1.50 2 ๐๐๐ ๐ฆ > 1.5 ๐ข ๐ 1.0 ๐ฃ = 2.0๐ฃ 2 โ ๐ฃ 3 ๐ ๐=1 1.0 Outflow Conditions ๐ ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 ๐ 0.48 ๐ฃ = ๐ ๐ ๐๐๐ฆ โ1 ๐ ๐ ๐๐๐ฆ 16 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID7: Hoffmann Nozzle Isentropic flow Initial Conditions ๐ต ๐ฆ = 1.5643 + 0.3883tanh(8๐ฆ โ 4) ๐ข=0 0.395 ๐ ๐ฃ = 0 โค ๐ ๐๐๐ โค 1 1.5 ร 0.6897 ๐ ๐ 0.6897 17 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID7: Hoffmann Nozzle Isentropic flow ๐ต ๐ฆ = 1.5643 + 0.3883tanh(8๐ฆ โ 4) Inflow Conditions 0.395 ๐ ๐ฃ = 1.5 ร 0.6897 ๐ 1 0.6897 Outflow Conditions ๐ ๐ ๐ ๐ ๐ ๐ ๐ฃ ๐ฃ ๐ฃ = 2 โ ๐ ๐ฝ๐๐๐ฆ ๐ ๐ฝ๐๐๐ฆโ1 ๐ ๐ฝ๐๐๐ฆโ2 18 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Quasi 1-D Problems Problem ID8: Hoffmann Nozzle Shock flow Initial Conditions ๐ต ๐ฆ = 1.5643 + 0.3883tanh(8๐ฆ โ 4) ๐ข=0 0.395 ๐ ๐ฃ = 0 โค ๐ ๐๐๐ โค 1 1.5 ร 0.6897 ๐ ๐ 0.6897 19 TFAWS 2017 โ August 21-25, 2017
Recommend
More recommend