Βελτίωση του μοντέλου εργαζόμενου μέσου αεριοστροβίλου με χρήση λογισμικού χημικής ισορροπίας σε περιβάλλον αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού

Abstract

H παρούσα διπλωματική έχει θέμα τη βελτίωση του μοντέλου εργαζόμενου μέσου με χρήση λογισμικού χημικής ισορροπίας σε περιβάλλον αντικειμενοστραφούς προγραμματισμού Αρχικά παρουσιάζεται το λογισμικό χημικής ισορροπίας που χρησιμοποιήθηκε της NASA. Αρχικά περιγράφονται το θεωρητικό υπόβαθρο (δηλαδή η επίλυση της χημικής ισορροπίας με ελαχιστοποίηση της εξίσωσης Gibbs), τα χαρακτηριστικά και οι δυνατότητες του, οι υπορουτίνες από τις οποίες αποτελείται, οι βιβλιοθήκες που χρησιμοποιεί και συνοπτικά το γραφικό περιβάλλον που το συνοδεύει. Στη συνέχεια περιγράφεται αναλυτικά ο κώδικας ο οποίος αναπτύχθηκε στην παρούσα εργασία με βάση το CEA και παρουσιάζονται αποτελέσματα από διαφορετικές περιπτώσεις εφαρμογής του. Στη συνέχεια κεφάλαιο περιγράφεται το λογισμικό προσομοίωσης λειτουργίας αεριοστρόβιλων PROOSIS. Αρχικά δίδονται ορισμένα γενικά στοιχεία για το λογισμικό αυτό και τα χαρακτηριστικά του. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το υπάρχον μοντέλο του εργαζόμενου μέσου και ειδικότερα ο τρόπος μοντελοποίησης του θαλάμου καύσης. Έπειτα αναφέρονται τα εγγενή μειονεκτήματα αυτής της μεθόδου. Για την εξάλειψη τους δημιουργείται μια βιβλιοθήκη με βάση τον κώδικα που αναπτύχθηκε έτσι ώστε να ενσωματωθεί στο πρόγραμμα. Τέλος περιγράφεται ο τρόπος δημιουργίας του νέου μοντέλου θαλάμου καύσης, ενώ συζητείται η μείωση του χρόνου επεξεργασίας μέσω της συρρίκνωσης της θερμοδυναμικής βιβλιοθήκης του CEA. Έπειτα πραγματοποιείται μια συνιστώσα (Component) υλοποίησης του νέου μοντέλου θαλάμου καύσης στο περιβάλλον PROOSIS. Στη συνέχεια εκτελούνται δυο προσομοιώσεις, μια με μεμονωμένο θάλαμο καύσης και μια με μηχανή Turbojet. Τέλος συγκρίνονται τα μεγέθη της θερμοκρασίας στην έξοδο του θαλάμου καύσης και της ειδικής κατανάλωσης καυσίμου για το αρχικό μοντέλο του θαλάμου καύσης και το νέο μοντέλο, για πλήρη καύση και για πλήρη διάσταση των προϊόντων της καύσης. Τέλος γίνεται μια βιβλιογραφική ανασκόπηση για εναλλακτικά καύσιμα αεροπορικών κινητήρων. Αναφέρονται οι λόγοι για τους οποίους ενδιαφέρεται η αεροπλοΐα για εναλλακτικά καύσιμα και ποιες είναι οι συγκεκριμένες απαιτήσεις για αυτά. Παρουσιάζονται επίσης ορισμένες οικογένειες καυσίμων και τα πλεονεκτήματα και μειονεκτήματα που έχουν. Ειδική αναφορά γίνεται στην πυκνότητα μειγμάτων καθώς στις περισσότερες περιπτώσεις χρησιμοποιούνται εναλλακτικά καύσιμα ως ποσοστό στο συνολικό καύσιμο.

This diploma thesis is about the improvement of the fluid model using a chemical equilibrium software in an object oriented programming. This is achieved by developing a source code in Fortran, which is based on the NASA CEA software. The new software needs no input file to operate. The new code is inserted into an object oriented programming software (PROOSIS) and with that the new fluid model is formed. The previous fluid model did not take into consideration the dissociation of the combustion products and a new model should be constructed for different fuels or a different equilibrium pressure. In order to compare the new fluid model with the older one two simulations took place, one with a combustion chamber alone and one with a turbojet engine. Deviations that occurred between the two models were accurate according to theory. Lastly a research over alternative fuels is carried out. Different types of alternative fuels are being checked for compatibility in use in aviation applications.