Αριθμητική προσομοίωση της αναρρόφησης ιζήματος από τον πυθμένα κυλινδρικής δεξαμενής με την εφαρμογή μεθόδων υπολογιστικής ρευστοδυναμικης

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία επιχειρείται η αριθμητική προσομοίωση της αναρρόφησης ιζήματος από τον πυθμένα κυλινδρικής δεξαμενής με την εφαρμογή μεθόδων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Το μοντέλο αποτελείται από μία κυλινδρική δεξαμενή και ένα βυθισμένο σωλήνα αναρρόφησης υπεύθυνο για την αναρρόφηση του ιζήματος που βρίσκεται στο κάτω μέρος της δεξαμενής. Τα τοιχώματα της δεξαμενής είναι αδιαβατικά και δεν πραγματοποιείται καμία χημική αντίδραση στο εσωτερικό της. Το προτεινόμενο μαθηματικό μοντέλο προσομοίωσης βασίζεται στις μερικές διαφορικές εξισώσεις που διέπουν την μη μόνιμη, τρισδιάστατη ροή. Η αριθμητική μέθοδος που χρησιμοποιείται είναι η μέθοδος των πεπερασμένων όγκων ελέγχου. Ο αλγόριθμος που εφαρμόζεται για την επίλυση του υδροδυναμικού πεδίου είναι ο αλγόριθμος SIMPLEST. Για την προσομοίωση χρησιμοποιείται το εμπορικό πακέτο PHOENICS της εταιρείας CHAM ltd. Για τη μοντελοποίηση της ροής εφαρμόζεται ομοιόμορφο δομημένο πλέγμα, το οποίο αποτελείται από εξάεδρα στοιχειώδη κελιά κυλινδρικού συστήματος συντεταγμένων. Παρουσιάζεται η διαδικασία εύρεσης του ανεξάρτητου πλέγματος για τη συγκεκριμένη γεωμετρία του προβλήματος, καθώς και οι όψεις του ανεξάρτητου πλέγματος σε δι-διάστατο και τρι-διάστατο επίπεδο. Τέλος, εξάγονται συμπεράσματα για τις κατανομές των ταχυτήτων u, v, w, καθώς επίσης και για την κατανομή της συγκέντρωσης στο πεδίο ροής.

The present thesis investigates the numerical simulation of sediment suction from the bottom of a cylindrical tank by applying techniques of Computational Fluid Dynamics (CFD). The model consists of a cylindrical tank and an immersed suction pipe responsible for the suction of the sediment at the bottom of the tank. The walls of the tank are adiabatic and no chemical reaction is noted inside. The proposed mathematical model simulation is based on partial differential equations governing the unsteady, three-dimensional flow. The equations are discretized by the finite volume method and solved by the SIMPLEST algorithm embodied in the CFD code PHOENICS. The flow is modeled by a uniformly structured grid. The specific grid consists of hexahedrons elementary cells of the cylindrical coordinate system. The process of finding the independent grid for the particular geometry of the problem is described extensively. The views of the independent grid in two-dimensional and three-dimensional layer are also presented. Finally, conclusions are drawn and described from the numerical results of the velocity and concentration distribution in the flow field.