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

Download Presentation
Download Policy: The content available on the website is offered to you 'AS IS' for your personal information and use only. It cannot be commercialized, licensed, or distributed on other websites without prior consent from the author. To download a presentation, simply click this link. If you encounter any difficulties during the download process, it's possible that the publisher has removed the file from their server.

Recommend


More recommend