Development of a novel modular simulation tool for the exergy analysis of a scramjet at cruise condition

Scramjet motorunun sefer şartlarında ekserji analizi için yeni bir modüler benzetim aracının geliştirilmesi

Özet

Bu çalışmanın kapsamı çifttir: Birincisiuzay itki sistemlerinin tasarım ve eniyileme aşamasında ekserji yaklaşımını iyileştirmek; ikincisi, Scramjet motorununfarklı konfigurasyonlarının sınırlarını ve imkanlarını analiz etmek için modüler bir benzetim aracı geliştirmek.Taşıt "uçan kontrol hacmi" olarak düşünüldü ve bir Büyük Kompleks Enerji Sistemi ("LCES") olarak ele alınarak herbir elementer parça için kütle ,enerji ve ekserji dengeleri uygulanarak ilgili kayıpların hesaplanması amaçlandı. Hidrojen yakıtlı bir scramjetin enerji ve ekserji analizleri sunuldu ve yöntemin ilk uygulaması olarak tartışıldı.Yöntem ilerde$H_2$-farklı yakıtlı, farklı scramjet konfigürasyonlarına kadar yaygınlaştırılacaktır:Ekserji bazlı performans mukayesesi sonuçta enerji ve itme kuvveti bazlı analizleri tamamlayacaktır. Bütün heasaplar , enerji dönüşüm süreçleri için kullanılan ve kendi geliştirdiğimiz bir modüler süreç benzetim kodu CAMEL ile yapılmıştır.

Abstract

The scope of this work is twofold: first, to perfect the exergy approach to the design and optimization of aerospace propulsion s>stems; second, to develop a modular simulation tool in order to analyze potentialities and limits of different configurations of a scramjet engine. The vehicle is considered a "flying control volume" and is treated as a Large Complex Energy System ("LCES") to which systems balances (mass, energy, exergy) are applied to calculate the relevant losses for each one of its elementary devices. An energy and exergy analysis of a hydrogenrfueled scramjet is presented and discussed as a first application of the procedure that shall be extended to the analysis of different scramjet-çonfigurations, fueled by $H_2$-alternative fuels: an exergy-based performance comparison can consequently complement an energy and thrust-based analysis.All calculations have been performed with CAMEL®, an "in-house" modular process simulator code for energy conversion processes.