Publication: Passive control of base pressure and the flow in a duct with sudden expansion at sonic and supersonic mach numbers
| cris.virtual.department | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
| cris.virtual.orcid | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# | |
| cris.virtualsource.department | 6d61a772-4a51-4c81-92a4-c3237f25d9ff | |
| cris.virtualsource.orcid | 6d61a772-4a51-4c81-92a4-c3237f25d9ff | |
| dc.contributor.author | Ridwan | |
| dc.contributor.supervisor | Sher Afghan Khan | |
| dc.contributor.supervisor | Jaffar Syed Mohammed Ali | |
| dc.date.accessioned | 2025-08-14T03:18:49Z | |
| dc.date.available | 2025-08-14T03:18:49Z | |
| dc.date.issued | 2025 | |
| dc.description.abstract | The pressure in the base area of the enlarged duct and the backward-facing step of any moving projectile is usually less than the ambient pressure. It is essential to decrease the base drag by raising the base pressure. The present investigation is concerned with controlling base pressure using an annular cavity in the enlarged duct as a passive control mechanism. This investigative work will be valuable for space & defense and automobile engineering, as a stream is split at the blunt base. The computational fluid dynamics (CFD) investigation has been carried out in this research to examine the effect of expansion level, cavity size, and location on controlling base pressure. The variable quantities for the analysis are the nozzle pressure ratio (NPR), Mach number (M), cavity location (C), area ratio, and length-to-diameter (L/D) ratio of the duct. The theoretical framework establishes three conditions for the stream through a convergent-divergent nozzle: ideal expansion, under-expansion, and over-expansion. These conditions are intricately linked to the behavior of the boundary layer, reattachment length, and the strength of the primary vortex, all of which influence base pressure values. The study reveals nuanced insights by applying this framework to three specific area ratios (2.89, 4, and 5.29). For an area ratio of 2.89, cavity placement at 0.5D proves highly effective in regulating base pressure, showcasing the significance of Mach number, L/D ratio, NPR, and cavity location. The cavity's efficiency is attributed to its ability to counteract over-expansion conditions, impacting reattachment length and the strength of the primary vortex. For an area ratio of 4.0, the cavity demonstrates viability for base flow control at NPR = 4, with negligible impact at other NPR values due to over-expansion or highly under-expanded conditions. The study underscores the substantial influence of duct diameter, Mach number, L/D ratio, NPR, and cavity location on base pressure control, as evidenced in Taguchi's main effect plots. For an area ratio of 5.29, the cavity's effectiveness in manipulating base pressure is highlighted at NPR values of 4 and 6 for Mach numbers 1.2 and 1.4. The research underscores the intricate interplay between cavity placement, NPR values, and Mach numbers, revealing the complex relationship governing base pressure manipulation. In conclusion, this research provides valuable insights into the intricate flow dynamics within an enlarged duct. It emphasizes the pivotal role of cavity placement, NPR values, and Mach numbers in influencing base pressure, offering practical guidance for optimizing duct designs in engineering applications. The findings acknowledge the nuanced interactions of various parameters in controlling base pressure, contributing to a deeper understanding of this complex fluid dynamics phenomenon. | |
| dc.description.abstractarabic | عادة ما يكون الضغط في منطقة القاعدة للقناة الموسعة والخطوة المواجهة للخلف لأي مقذوف متحرك أقل من الضغط المحيط. من الضروري تقليل مقاومه الهواء بسبب القاعدة عن طريق رفع ضغط القاعدة. يهتم البحث الحالي بالتحكم في الضغط القاعدي باستخدام التجويف الحلقي في القناة الموسعة كآلية تحكم سلبية. سيكون هذا العمل الاستقصائي ذا قيمة بالنسبة للفضاء والدفاع وهندسة السيارات حيث يوجد تيار منقسم عند القاعدة الحادة. في هذا العمل البحثي، تم إجراء فحص ديناميكا الموائع الحسابي (CFD) لفحص تأثير مستوى التمدد وحجم التجويف وموقعه للتحكم في الضغط الأساسي. الكميات المتغيرة للتحليل هي نسبة ضغط الفوهة (NPR)، ورقم ماخ (M)، وموقع التجويف (C)، ونسبة المساحة، ونسبة الطول إلى القطر (L/D) للقناة. يحدد الإطار النظري ثلاثة شروط للتدفق من خلال فوهة متقاربة ومتباعدة: التمدد المثالي، التمدد الناقص، والتمدد الزائد. ترتبط هذه الظروف بشكل معقد بسلوك الطبقة الحدودية، وطول إعادة الارتباط، وقوة الدوامة الأولية، وكلها تؤثر على قيم ضغط القاعدة. ومن خلال تطبيق هذا الإطار على ثلاث نسب مساحة محددة (2.89، 4، و5.29)، تكشف الدراسة عن رؤى دقيقة. بالنسبة لنسبة مساحة تبلغ 2.89، يثبت وضع التجويف عند 0.5D فعاليته العالية في تنظيم ضغط القاعدة، مما يوضح أهمية رقم ماخ، ونسبة L/D، وNPR، وموقع التجويف. تُعزى كفاءة التجويف إلى قدرته على مواجهة ظروف التمدد المفرط، مما يؤثر على طول إعادة الارتباط وقوة الدوامة الأولية. بالنسبة لنسبة مساحة قدرها 4.0، يوضح التجويف قابلية التحكم في التدفق الأساسي عند NPR قدرها 4 مع تأثير ضئيل على قيم NPR الأخرى بسبب الإفراط في التوسع أو الظروف شديدة التوسع. تؤكد الدراسة على التأثير الكبير لقطر القناة، ورقم ماخ، ونسبة L/D، وNPR، وموقع التجويف على التحكم في ضغط القاعدة، كما يتضح من مخططات التأثير الرئيسية التي وضعها تاجوتشي. بالنسبة لنسبة مساحة تبلغ 5.29، يتم تسليط الضوء على فعالية التجويف في معالجة الضغط الأساسي عند قيم NPR البالغة 4 و6 لأرقام ماخ 1.2 و1.4. يسلط البحث الضوء على التفاعل المعقد بين موضع التجويف، وقيم NPR، وأرقام Mach، مما يكشف عن العلاقة المعقدة التي تحكم معالجة الضغط الأساسي. في الختام، يقدم هذا البحث رؤى قيمة حول الديناميكيات المعقدة للتدفق داخل قناة موسعة. ويؤكد على الدور المحوري لوضع التجويف، وقيم NPR، وأرقام Mach في التأثير على ضغط القاعدة، ويقدم إرشادات عملية لتحسين تصميمات مجاري الهواء في التطبيقات الهندسية. تثبت النتائج التفاعلات الدقيقة بين المعلمات المختلفة في التحكم في الضغط الأساسي، مما يساهم في فهم أعمق لهذه الظاهرة المعقدة لديناميكيات الموائع. | |
| dc.description.callnumber | et TA 358 R54P 2025 | |
| dc.description.cpsemail | cps2u@iium.edu.my | |
| dc.description.degreelevel | Doctoral | |
| dc.description.email | ridhwan7669@gmail.com | |
| dc.description.identifier | Thesis : Passive control of base pressure and the flow in a duct with sudden expansion at sonic and supersonic mach numbers / by Ridwan | |
| dc.description.identity | G2021395Ridwan | |
| dc.description.kulliyah | Kulliyyah of Engineering (KOE) | |
| dc.description.nationality | INDIA | |
| dc.description.notes | Thesis (Ph.D)--International Islamic University Malaysia, 2025. | |
| dc.description.physicaldescription | 1 online resource (xix, 195 leaves) ; color illustrations. | |
| dc.description.programme | Doctor of Philosophy in Engineering | |
| dc.identifier.uri | https://studentrepo.iium.edu.my/handle/123456789/33136 | |
| dc.language.iso | en | |
| dc.publisher | Kuala Lumpur : Kulliyyah of Engineering, International Islamic University Malaysia, 2025 | |
| dc.rights | OWNED BY STUDENT | |
| dc.subject.lcsh | Aerodynamics, Supersonic | |
| dc.subject.lcsh | Fluid dynamics | |
| dc.title | Passive control of base pressure and the flow in a duct with sudden expansion at sonic and supersonic mach numbers | |
| dc.type | Doctoral Theses | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| oairecerif.author.affiliation | #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE# |
Files
Original bundle
1 - 1 of 1
Loading...
- Name:
- G2021395Ridwan_SEC.pdf
- Size:
- 29.41 MB
- Format:
- Adobe Portable Document Format
- Description:
- Full text.