Modular numerical tool for gas turbine simulation

Abstract

In this work a free tool for the simulation of turboprops was implemented, capable of simulating the various components of a jet engine, separately or in conjunction, with different degrees of thermodynamic modelling or complexity, in order to simulate an entire jet engine. The main characteristics of this software includes its compatibility, open code and GNU license, non-existing in today's market. Furthermore, the tool was designed with a greater flexibility and a more adapted work environment tailored to the needs of the users. To design this tool, Java was used, along with its graphical Swing libraries and mathematical GNU libraries, such as JBLAS (BLAS libraries in Fortran available from Java). This was all automatically managed with the apache tool MAVEN and using the Eclipse development environment. On the other hand, a complex and robust hierarchical structure of inheritance based objects was implemented, which allows the expansion or the addition of new modules to the component libraries through new inherited classes. This is an interesting feature since a deep knowledge is not required to apply these changes, avoiding the need to modify the classes of the original program. The software pre-disposes various thermodynamic models, based on the Thermodynamic and Propulsion subjects taught at EETAC-UPC. It also contains the implementation of Discrete Numerical Solutions, with a self-made nonlinear equations solver, based on different numerical methods described within this document. With the objective in mind of optimizing the computational load, a profound knowledge of the implemented models, as well as the mathematical methods for solving them, was required. Finally, it is important to emphasize the fact that this final year project is only the first part of a set of two undergraduate theses done by the same author. This document can be considered the alpha version of the software, its basis and its results are focused on the increase and improvement of the beta version of the software's realistic conditions, which is being developed during the academic year 2015-2016.

En este trabajo se ha implementado una herramienta de simulació n gratuita sobre turbopropulsores, capaz de simular con diferentes grados de modelación termodinámica o complejidad , componentes de un motor a reacción, así como la combinación de los mismos para formar un motor completo . La principal característica de es te software es su compatibilidad, código abierto y licencia GNU, inexistente en el mercado actual. Además , se ha realizado una flexibilidad y un entorno de trabajo más adecuado a las necesidades de l usuario. Para la realización del mismo se ha utilizado Ja va, sus librerías graficas Swing y librerías matemáticas GNU como JBLAS (librerías BLAS en Fortran accesibles desde Java) todo ello gestionado automáticamente por la herramienta de apa c he MAVEN usando el entorno de desarrollo Eclipse . La flexibilidad del programa permite a un usuario simular e interconectar diferentes componentes existentes en las librerías, sin la necesidad de conocer, modificar y compilar código , ya sea a través de un pseudo lenguaje o de la interfaz gráfica . Por otra parte , se ha impl ementado una fuerte y compleja estructura jerárquica de objetos basados en herencia, que permiten expandir mejorar o añadir nuevos módulos a las librerías de componentes, mediante nuevas clases heredadas , sin la necesidad de un conocimiento profundo del c ódigo y evitando la necesidad de modificar clases del programa original. El software predispone de varios modelos termodinámicos principalmente basados en las asignaturas de Termodinámica y Propulsión EETAC - UPC. Así como la implementación de Solu ciones Nu méricas Discretas , por un solver de ecuaciones no lineales , propio con diferentes métodos numéricos descritos en el documento . Para la realización del mismo ha sido necesario un conocimiento profundo de los modelos implementados ; así como de los métodos ma temáticos para resolverlos, con el objetivo de optimiza r la carga computacional de la solución . Finalmente se hace énfasis en que este TFG es só lo la primera parte de un conjunto de 2 TFG realizados por el mismo autor . En este documento se describe la ver sión Alfa del software , fundamentos del mismo y cuyos resultados están enfocados a la mejora e incremento de realismo de la versión Beta del software que se está desarrollando durante curso 2015 - 16