Design and CFD Analysis of Diverse Convergent-Divergent Nozzle Profiles

Abstract

In the field of aerodynamics, supersonic flows play a significant role due to their unique properties and innovative applications. This work focuses on the design and analysis of deLaval type supersonic nozzles using the Method of Characteristics (MoC) and CFD simulation

with ANSYS-Fluent. Three types of profiles are designed and simulated: the classic conical

contour, the more advanced contour known as the bell-shaped profile, and finally a more daring

contour

generally referred to as open. The profiles of the different divergent sections are simulated by a straight line, a second-degree polynomial, and an exponential function respectively. The convergent section is the same for all profiles as it serves only to expand the flow to reach subsonic speeds at the throat. The results obtained show the superiority of the bell-shaped profile over the other two nozzles. Dans le domaine de l'aérodynamique, les écoulements supersoniques jouent un rôle important en raison de leurs propriétés uniques et de leurs applications innovantes. Le présent travail s’intéresse à la conception et l'analyse de tuyères supersoniques de type de-Laval par application de la Méthode des Caractéristiques (MoC) et la simulation CFD par ANSYS-Fluent. Trois types de profils sont conçus et simulés: le contour classique conique, celui plus avancé connu sous le nom de profil contour ou en cloche, et enfin un contour plus audacieux généralement dénommé ouvert. Les profils des différentes sections divergentes sont simulés par une droite, un polynôme du second degré et une fonction exponentielle respectivement. La section convergente est la même pour tous les profils car servant uniquement à détendre l’écoulement pour lui faire atteindre des vitesses subsoniques au col. Les résultats obtenus montrent une prépondérance du profil contour sur les deux autres tuyères.