Development of a hybrid compressible vortex
particle method and application to external
problems including helicopter flows

Παπαδακης, Γιωργος

dc.contributor.author	Παπαδακης, Γιωργος	el
dc.date.accessioned	2015-01-12T10:03:28Z
dc.date.available	2015-01-12T10:03:28Z
dc.date.issued	2015-01-12
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/40024
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.1582
dc.rights	Default License
dc.subject	CFD, Hybrid, Particles, External Flows,Navier Stokes, Μηχανικη Ρευστων,Υβριδικη Μεθοδος,Στοιχεια στροβιλοτητας,	el
dc.title	Development of a hybrid compressible vortex particle method and application to external problems including helicopter flows	en
dc.contributor.department	Εργαστήριο Αεροδυναμικής	el
heal.type	doctoralThesis
heal.secondaryTitle	Ανάπτυξη υβριδικής μεθόδου στοιχείων στροβιλότητας και εφαρμογή σε εξωτερικές ροές συμπεριλαμβανομένης αυτής γύρω από ελικόπτερο	el
heal.classification	Υβριδικη Μεθοδος, CFD, RANS,Particles	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-12
heal.abstract	Σκοπός της διδακτορικής διατριβής ήταν η ανάπτυξη μιας νέας υβριδικής μεθοδολογίας CFD για την επίλυση εξωτερικών αεροδυναμικών ροών. Η ιδέα πίσω από την εργασία ήταν η ανάγκη για προσομοιώσεις σύνθετων προβλημάτων στα οποία κυριαρχούν ισχυρές δομές στροβιλότητας και που υπάρχουν σώματα τα οποία κινούνται ανεξάρτητα μεταξύ τους. Για το λόγο αυτό αναπτύχθηκαν δύο υπολογιστικά εργαλεία τα οποία συνενώθηκαν σε ένα υβριδικό επιλυτή. Πιο συγκεκριμένα: Ο Eulerian CFD επιλυτής (MaPFlow): Αναπτύχθηκε ένας συμπιεστός URANS επιλυτής που λύνει πάνω σε μή δομημένα πλέγματα. Ο συγκεκριμένος επιλυτής είναι εφοδιασμένος με προσταθεροποιητή για χαμηλούς αριθμούς Mach για την προσομοίωση ασυμπίεστων ροών. Η μοντελοποίηση της τύρβης γίνεται είτε με το μοντέλο μίας εξίσωσης του Spalart-Almaras είτε με το μοντέλο δύο εξισώσεων k-ω SST του Menter. Ακόμη, ο επιλυτής μπορεί να χειριστεί κινούμενα ή παραμορφώσιμα πλέγματα ενώ έχει παραλληλοποιηθεί με τη χρήση του πρωτοκόλλου MPI. O Lagrangian επιλυτής: Διατυπώθηκε και αναπτύχθηκε ένας συμπιεστός Lagrangian επιλυτής που χρησιμοποιεί στοιχεία στροβιλότητας. Η συγκεκριμένη διατύπωση χρησιμοποιεί στοιχεία ρευστού που μεταφέρουν μάζα, μεταβολή του όγκου, στροβι- λότητα, ενέργεια και όγκο για να μπορεί να διαχειριστεί συμπιεστές ροές. Για να μειωθεί το υπολογιστικό κόστος του επιλυτή χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος Particle Mesh (PM) η οποία παραλληλοποιήθηκε χρησιμοποιώντας τον αλγόριθμο του James- Lackner. Σύυζευξη των δύο επιλυτών σε ένα υπολογιστικό εργαλειό (HoPFlow): Υλοποιήθηκε ισχυρή σύζευξη των Eulerian και Lagrangian επιλυτών σε μία υβριδική μεθοδολογία. Η σύζευξη έγινε με τέτοιο τρόπο ώστε να διασφαλίζει συνέχεια και συνέπεια της λύσης ανάμεσα στους δύο επιλυτές. Τα αποτελέσματα που παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία έχουν σκοπό την πιστοποίηση των εργαλείων που υλοποιήθηκαν. Αρχικά, παρουσιάζονται αποτελέσματα που αφορούν την πιστοποίηση του Εulerian URANS επιλυτή. Η πιστοποίηση περιλαμβάνει συγκρίσεις με πειραματικά αλλά και υπολογιστικά δεδομένα σε διάφο- ρες διδιάστατες και τριδιάστατες ροές. Στη συνέχεια, ακολουθεί η πιστοποίηση του υβριδικού επιλυτή όπου γίνεται σύγκριση με τα αντίστοιχα Eulerian αποτελέσματα αλλά και με πειραματικά δεδομένα. Οι περιπτώσεις πιστοποίησης που εξετάστηκαν περιλαμβάνουν διδιάστατες ροές γύρω από σταθερές και κινούμενες αεροτομές σε πληθώρα αριθμών Reynolds και Mach. Οι τρισδιάστατες περιπτώσεις που παρουσιάζονται αφορούν ροές γύρω από σταθερά και περιστρεφόμενα πτερύγια (Δρομείς Ανεμογεννητριών και Ελικοπτέρου). Η χρήση των υπολογιστικών εργαλείων σε πληθώρα περιπτώσεων έδειξαν ότι και ο Εulerian CFD επιλυτής (MaPFlow) όπως και ο υβριδικός επιλυτής (HoPFlow) παράγουν ικανοποιητικά αποτελέσματα. Συγκεκριμένα, ο υβριδικός επιλυτής έχει λιγότερη διάχυση από τον Eulerian και για αυτό στις περιπτώσεις όπου κυριαρχούν ισχυροί στρόβιλοι (όπως ο δρομέας ελικοπτέρου σε αιώρηση) τα αποτελέσματα που παράγονται είναι καλύτερα. Θα πρέπει να τονιστεί ότι οι περισσότερες περιπτώσεις που εξετάστηκαν, είναι απλούστερες από αυτές για τις οποίες αναπτύχθηκε η υβριδική μέθοδος. Παρόλα αυτά, η επιλογή τους έγινε με σκοπό την πιστοποίηση της καινούργιας μεθόδου που προηγείται της χρήσης της σε πιο σύνθετες ροές.	el
heal.advisorName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Μπεργελές, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Μπουρής, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Τζαμπίρας, Γεώργιος	el
heal.committeeMemberName	Τσαγγάρης, Σωκράτης	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.academicPublisher	Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	262
heal.fullTextAvailability	true