Diss. (sammanfattning) Stockholm : Tekn. högsk., 2001. / Härtill 6 uppsatser.

Diss. (sammanfattning) Uppsala : Univ., 2003. / Härtill 6 uppsatser.

Die von der Querströmungsinstabilität dominierten Mechanismen der laminar-turbulenten Transition in dreidimensionalen, beschleu- nigten Grenzschichtströmungen werden mit stabilitätstheoretischen Methoden untersucht. Die Untersuchungen basieren auf dem DLR- Prinzipexperiment "Schiebende Platte", bei dem stationäre und laufende Querströmungsmoden gezielt angeregt werden können. In nichtlinearen Instabilitätsanalysen mit Hilfe der parabolisierten Stabilitätsgleichungen (PSE) zeigt sich, dass weder für laufende Querströmungswellen noch für stationäre Querströmungswirbel einheitliche Sättigungsamplituden ex- istieren. Dies wird mit Hilfe eines räumlichen Bifurkationsmodells erklärt- für die durch die primären Störungen verformte Grundströmung werden dann mittels floquet- Theorie zeitliche sekundäre Instabilitätsanalysen durchgeführt. Dabei werden hochfrequente sekundäre Störungen mit hohen Anfachungsraten gefunden. Die Lage dieser Störungen korreliert gut mit Gebieten großer Scherung im primär gestörten Strömungsfeld, vor allem auf dem Rücken der primären Querströmungswirbel.

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En lättgaskanon är en typ av kanon som används vid experiment där mycket snabba förlopp är av intresse, till exempel hypersonisk strömning och höghastighetskollisioner. Kanontypen når betydligt högre hastigheter än en konventionell kanon då projektilen accelereras genom eldröret av en gas med låg molekylmassa som vätgas eller helium istället för krutgaser. Denna lättgas komprimeras först till högt tryck och temperatur i pumptuben av en kolv som accelererats av en krutladdning. Pumptuben är ett rör anslutet till eldröret som initialt är frånskild av ett membran. För kanonen kan en mängd olika parametrar varieras och hur dessa ska väljas för att en viss mynningshastighet ska nås är inte självklart. Vid FOI har val av parametrar historiskt gjorts baserat på erfarenhet och genom experiment vilket kan vara tidsödslande. Syftet med examensarbetet var därför att simulera kanonen och undersöka hur olika parametrar påverkar dess prestanda. Forskningsfrågor som skulle besvaras var hur olika parametrar påverkar projektilens mynningshastighet och vilket utav två eldrörsalternativ som är bäst lämpat för en viss projektilvikt. Det innerballistiska förloppet i kanonen har simulerats för olika parameterkombinationer med ett program utvecklat specifikt för lättgaskanoner vid NASA:s Ames Research Center och modellen har i viss mån kunnat jämföras mot experimentell data. Resultatet av simuleringarna är att mängden lättgas och krut båda har stor inverkan på mynningshastigheten och att högre kolvvikt jämnar ut trycktoppar som uppstår till följd av stötar i gasen. Att ändra membranets öppningstryck ger ingen förbättring av kanonprestandan för den undersökta projektilvikten och utav de två eldrören som undersökts är det med större kaliber mer lämpligt för de aktuella experimenten. / A light gas gun is a type of gun which is used for experiments when high velocity phenomena are of interest, such as hypersonic flow and high-velocity impacts. The gun type can reach much higher velocities than a conventional gun as the projectile is accelerated down the barrel by a gas with low molecular mass such as hydrogen or helium instead of combustion gasses. This light gas is first compressed to high pressure and temperature in the pump tube with a piston which is accelerated with a propellant charge. The pump tube is connected to the barrel but initially separated from it with a membrane. A vast array of parameters can be varied on the gun in order to achieve a target muzzle velocity and their selection is not trivial. Historically parameters have been selected at FOI through experience and experiments which can be tedious. The purpose of this thesis was to simulate the gun and investigate how various parameters influence its performance. The research questions to be answered was how the parameters influence the muzzle velocity of the projectile and which of two barrels is the most suitable for a given projectile weight. The internal ballistics of the gun was simulated for various combinations of parameters using a program specifically developed for light gas guns at NASA's Ames Research Center and the model has to some extent been compared to experimental data. The result of the simulations shows that the amount of light gas and the propellant charge have a significant effect of the achieved velocity and that the weight of the piston has a reducing effect on the pressure peaks caused by shockwaves in the gas. Changing the opening pressure of the membrane does not improve gun performance for the investigated projectile weight and of the two barrels investigated the one with larger calibre is better suited for the experiments of interest.

In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Reduktion der Boltzmann-Gleichung auf ein System partieller Differentialgleichungen diskutiert. Nach einer kurzen Einführung in die kinetische Theorie einer Mischung inerter Gase wird ein Überblick in die aus der Literatur bekannten Momentenmethoden gegeben. Der anschließend vorgestellten Kumulantenmethode liegt die Annahme zugrunde, daß durch Stoßprozesse in einem Gas Korrelationen höherer Ordnung schneller abgebaut werden als solche niedrigerer Ordnung. Basierend auf dieser Annahme werden die Bewegungsgleichungen für die Kumulanten und die Produktionsterme der resultierenden Bilanzgleichungen für eine Mischung inerter Maxwell-Gase berechnet. Die Untersuchung der Relaxation zum Gleichgewicht erlaubt den Bezug zu bekannten Modellen der Kontinuumsmechanik und untermauert die Gültigkeit der Annahme für die Begründung des o.g. Ansatzes in diesem Fall. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Ergebnisse numerischer Untersuchungen vorgestellt, wobei Simulationen mit verschiedenen Randbedingungen für Couette- und Poiseulle- Strömungen durchgeführt wurden. Es werden verschiedene Eigenschaften von Modellen für verdünnte Gase als auch des Navier-Stokes-Modells beobachtet. Dabei ist jedoch eine sehr starke Abhängigkeit von den angewendeten Randbedingungen festzustellen. Abschließend werden Momentenmethoden als eine besondere Form von Diskretisierungen der Boltzmann-Gleichung nach der Methode der gewichteten Residuen diskutiert, was einen Ausblick auf zukünftige Arbeiten erlaubt.

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In dieser Arbeit wird eine neue Methode zur Reduktion der Boltzmann-Gleichung auf ein System partieller Differentialgleichungen diskutiert. Nach einer kurzen Einführung in die kinetische Theorie einer Mischung inerter Gase wird ein Überblick in die aus der Literatur bekannten Momentenmethoden gegeben. Der anschließend vorgestellten Kumulantenmethode liegt die Annahme zugrunde, daß durch Stoßprozesse in einem Gas Korrelationen höherer Ordnung schneller abgebaut werden als solche niedrigerer Ordnung. Basierend auf dieser Annahme werden die Bewegungsgleichungen für die Kumulanten und die Produktionsterme der resultierenden Bilanzgleichungen für eine Mischung inerter Maxwell-Gase berechnet. Die Untersuchung der Relaxation zum Gleichgewicht erlaubt den Bezug zu bekannten Modellen der Kontinuumsmechanik und untermauert die Gültigkeit der Annahme für die Begründung des o.g. Ansatzes in diesem Fall. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Ergebnisse numerischer Untersuchungen vorgestellt, wobei Simulationen mit verschiedenen Randbedingungen für Couette- und Poiseulle- Strömungen durchgeführt wurden. Es werden verschiedene Eigenschaften von Modellen für verdünnte Gase als auch des Navier-Stokes-Modells beobachtet. Dabei ist jedoch eine sehr starke Abhängigkeit von den angewendeten Randbedingungen festzustellen. Abschließend werden Momentenmethoden als eine besondere Form von Diskretisierungen der Boltzmann-Gleichung nach der Methode der gewichteten Residuen diskutiert, was einen Ausblick auf zukünftige Arbeiten erlaubt.

Hydraulic piston accumulators play a major role especially within the field of stationary hydraulics. The calculation of the amount of hydraulic energy which can be stored in such an accumulator is crucial when it comes to a precise system design. The knowledge of the temperature and pressure within the accumulator is required in order to calculate the amount of energy to be stored. The state of the art solution to estimate the state of change of such an accumulator is the implementation of a costly measurement system within the accumulator which tracks the position of the piston. The goal of this paper is to develop and to analyse a time efficient simulation approach for the gaseous phase within a piston accumulator depending on the accumulator’s load cycle. Temperature, pressure, density and velocity profiles inside of the gaseous phase are calculated transiently in order to achieve that goal. The simulation model is derived in one dimensional environment to save computational effort. Having derived a valid model of the gaseous phase it will be possible in future works to replace the expensive position measurement system by pressure and temperature transducers and then use the model to calculate the position of the piston and therefore estimate the state of change.