Estudio del comportamiento fluido-dinámico en una tobera convergente-divergente mediante la optimización de forma utilizando algoritmos de estrategias evolutivas

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dc.contributor.advisorMartínez, Manuel del Jesús
dc.contributor.authorBahamón Blanco, Jhan Jaider
dc.contributor.evaluatorGonzález Estrada, Octavio Andrés
dc.contributor.evaluatorQuiroga Méndez, Jabid Eduardo
dc.date.accessioned2022-04-07T16:12:18Z
dc.date.available2022-04-07T16:12:18Z
dc.date.created2022-03-30
dc.date.issued2022-03-30
dc.description.abstractEl rendimiento y el empuje de un sistema de propulsión para cohetes se basa principalmente en el aprovechamiento de la entalpía (energía térmica y presión) de los propelentes (combustible) que se encuentran en la cámara de combustión. Esta energía acumulada es transformada en energía cinética por la expansión y aceleración de los gases producidos por la reacción química de combustión, usando un dispositivo denominado tobera. En este proyecto se hace el trazado aerodinámico del perfil geométrico de la pared de una tobera C-D (Convergente-Divergente), a partir de las condiciones técnicas de funcionamiento de un motor para cohetes con clasificación de tipo J-2. El contorno de la pared es trazado usando diferentes métodos de diseño realizados por investigadores como: Vitoshinsky, Bell, Metha, Sivells & Rao. Para cada sección de la tobera (convergente –divergente) se va a analizar el comportamiento de las propiedades fluido-termodinámicas del campo de flujo a lo largo de la trayectoria de la tobera aeroespacial. Esto es necesario porque en cada contorno de pared sugerido por los modelos previamente mencionados, el ángulo de inclinación de la curvatura es distinto (la concavidad o forma de la curva cambia) y, por lo tanto, las magnitudes físicas de las propiedades varían dependiendo del contorno. Para determinar cuál diseño cumple con el concepto de que los procesos que ocurren dentro de una tobera son isentrópicos e reversibles; se hace un análisis estadístico de dispersión de datos para saber el diseño con menor perdidas de energías en base a la fricción y a la entropía. A este diseño se le aplica un estudio de optimización usando estrategias evolutivas, siendo más específicos: el método con algoritmos genéticos. Al final se desarrolla una simulación del fluido con la tobera aeroespacial diseñada utilizando el programa Ansys, para que a través de técnicas CFD (Computational Fluids Dynamics) se puedan obtener modelos computacionales que permitan corroborar los resultados con otro proyecto de investigación previo.
dc.description.abstractenglishThe performance and thrust of a rocket propulsion system is based primarily on harnessing the enthalpy (thermal energy and pressure) of the propellants (fuel) in the combustion chamber. This accumulated energy is transformed into kinetic energy by the expansion and acceleration of the gases produced by the chemical reaction of combustion, using a device called nozzle. In this project is made the aerodynamic tracing of the geometric profile of the wall of a nozzle C-D (Convergent-Divergent), using technical parameters of the operating conditions of a rocket motor with a classification of type J-2. The outline of the wall is being drawn using different designs methods created by researchers as: Vitoshinsky, Bell, Metha, Sivells & Rao. It’s analyzed in each section of the nozzle (convergent-divergent) the behavior of the fluid-thermodynamics properties of the flow field along the trajectory of the aerospace nozzle. This is necessary because in each wall contour suggested by the patterns previously identified happens some changes as: the length of the nozzle section varies and also the angle of inclination of the curvature is different (the concavity or shape of the curve changes). Therefore, the magnitudes of the properties change according to the wall contour. To determine which design accomplishes with the concept that the processes that occur inside a nozzle are isentropic and reversible. It’s made a statistical analysis of data dispersion to determine the design with the lowest energy losses based on the friction and the entropy. An optimization study using evolutionary strategies is applied to these designs (the design methods of the wall profile which to cut down the energy loss), being more specific is applied the method of genetic algorithms. At the end, it’s develops a simulation of the flow field to through the aerospace nozzle designed using the Ansys program (Ansys fluent) by means of CFD (Computational Fluids Dynamics) techniques. This way it can look at the behavior of the fluid moving along the nozzle with the computational models programmed in Ansys. With this information is possible to corroborate the results of the simulation baes in the mechanical of fluids of this work with another previous research project.
dc.description.degreelevelPregrado
dc.description.degreenameIngeniero Mecánico
dc.format.mimetypeapplication/pdf
dc.identifier.instnameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.reponameUniversidad Industrial de Santander
dc.identifier.repourlhttps://noesis.uis.edu.co
dc.identifier.urihttps://noesis.uis.edu.co/handle/20.500.14071/9780
dc.language.isospa
dc.publisherUniversidad Industrial de Santander
dc.publisher.facultyFacultad de Ingeníerias Fisicomecánicas
dc.publisher.programIngeniería Mecánica
dc.publisher.schoolEscuela de Ingeniería Mecánica
dc.rightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.accessrightsinfo:eu-repo/semantics/openAccess
dc.rights.coarhttp://purl.org/coar/access_right/c_abf2
dc.rights.creativecommonsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacional (CC BY-NC-ND 4.0)
dc.rights.licenseAttribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0)
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/
dc.subjecttoberas aeroespaciales
dc.subjectflujo supersónico
dc.subjectnúmero de Mach
dc.subjectalgoritmos genéticos
dc.subjectlíneas sónicas
dc.subjectAnsys (técnicas de CFD)
dc.subjectpropiedades termodinámicas
dc.subjectmétodo de diseño
dc.subject.keywordaerospace nozzles
dc.subject.keywordsupersonic flow
dc.subject.keywordMach number
dc.subject.keywordgenetic algorithms
dc.subject.keywordsonic lines
dc.subject.keywordAnsys (CFD techniques)
dc.subject.keywordthermodynamic properties
dc.subject.keyworddesign method
dc.titleEstudio del comportamiento fluido-dinámico en una tobera convergente-divergente mediante la optimización de forma utilizando algoritmos de estrategias evolutivas
dc.title.englishStudy of Fluid-Dynamic Behavior in a Convergent-Divergent Nozzle by Optimizing Shape Using Algorithms of Evolutionary Strategies
dc.type.coarhttp://purl.org/coar/resource_type/c_7a1f
dc.type.hasversionhttp://purl.org/coar/version/c_b1a7d7d4d402bcce
dc.type.localTesis/Trabajo de grado - Monografía - Pregrado
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