Breve Resumen
El proceso de diseño de nuevas turbinas aeronáuticas precisa de diversos métodos de simulación para poder predecir el comportamiento de cada módulo antes de ser construido. Debido a la complejidad del problema a resolver, se emplean diferentes códigos de resolución dependiendo del módulo del motor, así como del grado de precisión que se quiera obtener. Los códigos aerodinámicos que resuelven las ecuaciones de Navier-Stokes se denominan CFD (Computational Fluid Dynamics) y son muy complejos tanto de implementar como de utilizar. Existen diferentes metodologías de simplificación del problema aerodinámico. La técnica más simple se denomina ecuaciones de línea media, ya que modeliza cada sección de la turbomáquina mediante un solo punto, no apareciendo en la formulación derivadas.
En este trabajo se pretende estudiar las diferentes técnicas de resolución numérica de las ecuaciones de línea media. También se estudiará algunas generalizaciones del problema, como es la inclusión de coeficientes de pérdidas aerodinámicas, o la influencia de la temperatura en el modelo de gas ideal.
Tareas a realizar
- Formulación del problema a resolver: conducto, estator, rotor.
- Estudio de las diferentes estrategias de resolución: iteración en densidad, temperatura o número de Mach.
- Interpretación geométrica del método de resolución.
- Resolución numérica de las ecuaciones.
- Análisis de ventajas y desventajas de los diferentes métodos de resolución.
- Generalización del método numérico: caso no isentrópico y modelo de gas ideal con coeficiente de dilatación adiabática dependiente de la temperatura.
Asignaturas 4º GITI (Matemática Industrial) relacionadas
Modelos matemáticos en Física e ingeniería de la energía
Referencias
- “Accurate Method to Reproduce Throughflow Results with a Meanline Solver”, J.M. Chaquet, R. Corral, A. Fernández. GT2017-63153, ASME TurboExpo 2017.
- “Robust Method to Solve Meanline Equations for Choked Flows”, D. Cadrecha, J.M. Chaquet, R. Corral. GT2018-75362, ASME TurboExpo 2018.
- “Análisis del punto de bloqueo sónico en turbomáquinas axiales mediante modelos de orden reducido”, Ignacio Gutiérrez. UPM ETSII TFG, marzo 2020.