Προσομοίωση ροών αερολύματος με ισχυρή σύζευξη πυρηνοποίησης-συμπύκνωσης στο πλαίσιο μοντέλων υπολογιστικής ρευστομηχανικής

Προσομοίωση ροών αερολύματος με ισχυρή σύζευξη πυρηνοποίησης-συμπύκνωσης στο πλαίσιο μοντέλων υπολογιστικής ρευστομηχανικής (EL)

Ευθυμίου, Χάρης (EL)

Efthymiou, Charis (EN)

ntua (EL)

Μητράκος, Δημήτρης (EL)

Αναγνωστάκης, Μάριος (EL)

Πετρόπουλος, Νικόλαος (EL)

bachelorThesis

2022-12-12T10:17:24Z

2022-06

Στην παρούσα διπλωματική εργασία αναπτύχθηκε υπολογιστικό μοντέλο για την προσομοίωση της εξέλιξης ροής αερολύματος. Στόχος ήταν η ενσωμάτωση και η αξιολόγηση του συγκεκριμένου υπολογιστικού μοντέλου σε ευρέως διαδεδομένο εμπορικό πρόγραμμα υπολογιστικής ρευστομηχανικής (Ansys Fluent, Ansys R19.2). Η εργασία εστίασε στην προσομοίωση ροών αερολύματος, στις οποίες είναι σημαντική η επίδραση εσωτερικών διεργασιών του αερολύματος, όπως η ομογενής πυρηνοποίηση και η συμπύκνωση, οι οποίες μπορεί να είναι ιδιαίτερα απαιτητικές στην υπολογιστική προσομοίωσή τους. Για την επίλυση της συμπύκνωσης, η οποία, ειδικά στην περίπτωση όπου συνυπάρχει με ισχυρή πυρηνοποίηση, παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες, χρησιμοποιήθηκε πρόσφατη μέθοδος η οποία έχει αναπτυχθεί στον Τομέα Πυρηνικής Τεχνολογίας. Η συγκεκριμένη μέθοδος αποσκοπεί στην αποτελεσματική μείωση της αριθμητικής διάχυσης κατά τη επίλυση της διαδικασίας της συμπύκνωσης, ενώ διατηρεί εγγενώς τον αριθμό των σωματιδίων. Η μεταφορά και δυναμική της σωματιδιακής φάσης του αερολύματος περιγράφεται από την Γενική Εξίσωσης της Δυναμικής του Αερολύματος. Η εξίσωση αυτή επιλύεται σε συνδυασμό με την εξίσωση μεταφοράς του ατμού στην αέρια φάση, η οποία περιέχει κατάλληλους όρους πηγής για τη μοντελοποίηση των εσωτερικών διαδικασιών του αερολύματος (αλλαγή φάσης μέσω πυρηνοποίησης, συμπύκνωσης – εξάτμισης). Οι παραπάνω εξισώσεις μεταφοράς εισάγονται και επιλύονται στον κώδικα Fluent, με τη χρήση βαθμωτών εξαρτημένων μεταβλητών που ορίζοντα από την χρήστη. Οι όροι πηγής των εξισώσεων επιλύονται με χρήση συναρτήσεων, σε γλώσσα c, που παρέχονται από τον χρήστη - User Defined Functions (UDF). Οι απαιτούμενες συναρτήσεις αναπτύχθηκαν και επαληθεύτηκαν εξ ολοκλήρου στο πλαίσιο της παρούσας εργασίας. Για την αξιολόγηση της μεθόδου, τα υπολογιστικά αποτελέσματα συγκρίνονται με πειραματικά δεδομένα (Nguyen et al. 1986) για την περίπτωση πυρηνοποίησης- συμπύκνωσης σε αντιδραστήρα αερολύματος στρωτής ροής, καθώς και με αποτελέσ- ματα παλαιότερων εργασιών. Η μεθοδολογία που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της εργασίας προβλέπει πολύ ικανοποιητικά τις φυσικές διεργασίες και προσεγγίζει τις πειραματικές μετρήσεις, με ακρίβεια αντίστοιχης τάξης με προηγούμενες εργασίες. Το μοντέλο θεωρείται ότι ενσωματώθηκε επιτυχώς στον CFD κώδικα Ansys Fluent, εμπλουτίζοντας σημαντικά τις δυνατότητες του κώδικα για προσομοίωση ροής αερολύματος υπό ισχυρή επίδραση πυρηνοποίησης-συμπύκνωσης. Με τον τρόπο αυτό επαυξάνονται οι δυνατότητες του Τομέα, αλλά και της ερευνητικής κοινότητας, εν γένει, για τη μελέτη των φυσικών μηχανισμών της δυναμικής του αερολύματος, αλλά και την προσομοίωση τεχνολογικών-βιομηχανικών εφαρμογών, στις οποίες η πρόβλεψη του αριθμού και της συνάρτησης κατανομής του μεγέθους των σωματιδίων είναι σημαντική. (EL)

Υπολογιστική Ρευστομηχανική (EL)

Υπολογιστική μοντελοποίησης (EL)

Δυναμική αερολύματο (EL)

Συμπύκνωση (EL)

Πυρηνοποίηση (EL)

Dynamics Nucleation Condensation (EN)

Computational Modeling Aerosol (EN)

Ελληνική γλώσσα

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Πυρηνικής Τεχνολογίας (EL)

Default License

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο

Ψηφιακό Αποθετήριο της Κεντρικής Βιβλιοθήκης του ΕΜΠ | Dspace@NTUA

Κεντρική Βιβλιοθήκη Ε.Μ.Π.

Ιδρυματικό Αποθετήριο

Διπλωματικές Εργασίες