Μοντελοποίηση & προσομοίωση ροής ρευστών σε αγωγούς.

Abstract

Στην παρούσα εργασία αφορά τη μελέτη σε έναν από τους πιο ανεπτυγμένους τομείς της εφαρμοσμένης έρευνας του μηχανικού είναι η Υπολογιστική Ρευστομηχανική. Πραγματεύεται ή μοντελοποίηση και προσομοίωση ροής ρευστών σε αγωγούς, με τη βοήθεια της υπολογιστικής ρευστομηχανικής. Για την υλοποίησή της χρησιμοποιήθηκε το πρόγραμμα ANSYS Academic και πιο συγκεκριμένα, τα modules προσομοίωσης ρευστών CFX και FLUENT του Ansys Workbench Academic¬®. Κατά την υλοποίηση και επίλυση επιλεγμένων ροών, εξάγονται συμπεράσματα για τις ταχύτητες σε σχέση με την είσοδο και έξοδο ρευστών σε αγωγούς με χαρακτηριστικές γεωμετρίες. Στα πρώτα κεφάλαια δίδονται συνοπτικά οι βασικές αρχές που διέπουν τη μηχανική των ασυμπίεστων ρευστών σε ομαλές και στρωτές ροές και αναλύεται η λειτουργία του λογισμικού. Ακολουθεί η περιγραφή της κατασκευής και εισαγωγής γεωμετρικών μέσων ροής, αγωγών, σε αρχεία CAD δύο και τριών διαστάσεων. Για την υλοποίηση των μελετών είναι απαραίτητη η ύπαρξη αρχείων CAD που απεικονίζουν τη γεωμετρία του μέσου τα οποία δύναται να δημιουργηθούν μέσα στο ίδιο το λογισμικό επίλυσης και προσομοίωσης είτε έξω από αυτό. Συνήθως για την κατασκευή τρισδιάστατων ή/και περίπλοκων γεωμετριών ενδείκνυται η χρήση ειδικευμένου CAD λογισμικού και για αυτό το λόγο γίνεται μνεία στο πρόγραμμα CAD AutodeskInventor που χρησιμοποιήθηκε. Ακολουθεί η ανάπτυξη και ανάλυση αντιπροσωπευτικών μοντέλων ροής σε δύο και τρεις διαστάσεις και τελικώς με τη χρήση κατάλληλων παραδειγμάτων. Τέλος, παρατίθεται η μελέτη ροής αέρα σε αεροσήραγγα του ΕΛ.ΜΕ.ΠΑ. που μοντελοποιείται και αναλύεται με βάση τις προηγούμενες μελέτες.

This thesis belongs to one of the most advanced areas of applied mechanics, the computational fluid mechanics. The studies performed deal with the computational fluid flow modeling and simulations using Computational Fluid Dynamics – CFD algorithms. The implementation is performed by the help of the ANSYS Academic Finite Element software, and more specifically, the CFX and FLUENT fluid simulation modules of the Ansys Workbench Academic®. After modeling and simulation selected flow of incompressible fluids, conclusions are drawn on velocities and other key values in relation to the inlet and outlet of fluids in pipelines with characteristic geometries. The first chapters give a brief overview of the basic principles that govern the mechanics of fluids in normal and smooth flows and the functionality of the selected software. A description of the construction and import of geometric fluid flow mediums, in two- and three-dimensional Computer Aided Design - CAD files, follows. For the implementation of the studies it is necessary to build the CAD files that describe the geometry of the medium fluid which can be created either inside or outside the solution software itself. Usually the use of specialized CAD software is indicated for the construction of 3D and/or complex geometries and this is why the CAD Autodesk Inventor program used is presented. The development, modeling and computational analysis of representative fluid flow models in two and three dimensions comes next by the help of suitable examples. Finally, the air flow study in the air-tunnel of HMU is presented, that is modeled and simulated based on example studies presented.