Analysis of turbulent flow characteristics in coaxial nozzles of turbofan engines

Abstract

[ES] El objetivo de este documento será analizar y describir los resultados de los diferentes modelos de turbulencia utilizados al tratar de abordar un cálculo aerodinámico, como puede ser el flujo del motor turbofan. En un principio se explicarán los aspectos teóricos que han sido la base de este estudio y su implementación en los softwares computacionales. Luego, como una parte muy importante de este tipo de procesos, se realizará un análisis previo y exhaustivo de la independencia de malla, como una forma de evitar cualquier tipo de influencia indeseable en los resultados. Por lo tanto, una vez que esta parte se haya logrado adecuadamente, el corazón del proyecto consistirá en analizar los resultados obtenidos de presión, velocidad, temperatura, para un caso resuelto con un modelo K-epsilony un modelo K-omega, ambos con una malla estructurada y una malla no estructurada.

Este estudio surge como una necesidad para el cálculo del ruido de un motor turbofan. Esta característica está profundamente relacionada con la turbulencia generada por el motor, y los resultados obtenidos para esa turbulencia deben obtenerse adecuadamente, con un nivel de detalle correcto. Por lo tanto, apareció la necesidad de conocer la influencia en los resultados del modelo de turbulencia aplicado al cálculo, que se indicará al final del informe.

Otro hecho que provocó la necesidad de abordar este proyecto es la creciente popularidad de los métodos computacionales como una forma de resolver este tipo de problemas, que permiten reducir los costes desproporcionados que se deben enfrentar.

[EN] The aim of this document will be to analyse and describe the results of different models of turbulence used when trying to tackle an aerodynamic calculation, like it may be the turbofan engine flow. At the beginning it will be explained the theoretical aspects that have been the basis of this study and its implementation to computational software's. Then, as a highly important part of this kind of processes, it will be made a previous and exhaustive analysis of the independence of mesh, as a way of avoiding any kind of undesirable influence in the results. Therefore, once this part is properly achieved, the heart of the project will consists of analysing the obtained results of pressure, velocity, temperature, for a case solved with a $k-\epsilon$ model and a $k-\omega$ model, both with a structured mesh and an unstructured mesh.

This study arises as a necessity for the calculation of the noise of a turbofan engine. This characteristic is deeply connected with the turbulence generated by the engine, and the results obtained for that turbulence must be properly obtained, with a correct level of detail. Therefore, it appeared the need of knowing the influence in the results of the model of turbulence applied to the calculation, which will be stated at the end of the report.

Another fact that provoked the necessity of tackle this project is the increasing popularity of the computational methods as a way of solving this kind of problems, which allow to reduce the disproportionate costs that they have to face.