Ανάπτυξη και πρώτη εφαρμογή μοντέλου υπολογιστικής  ρευστοδυναμικής  με περιγραφή σωματιδίων κατά Lagrange με σκοπό την ελαχιστοποίηση του υπολογιστικού κόστους, για τη μελέτη ρευστοποιημένων κλινών ανακυκλοφορίας

Μπρίνιας, Κωνσταντίνος; Brinias, Konstantinos

dc.contributor.author	Μπρίνιας, Κωνσταντίνος	el
dc.contributor.author	Brinias, Konstantinos	en
dc.date.accessioned	2015-10-13T09:30:10Z
dc.date.available	2015-10-13T09:30:10Z
dc.date.issued	2015-10-13
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41409
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.11357
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	CFD	en
dc.subject	MP-PIC	en
dc.subject	CFB	en
dc.subject	Euler-Lagrange	en
dc.subject	Particle-laden flows	en
dc.subject	Ρευστά	el
dc.subject	Ρευστοποιημένες κλίνες	el
dc.subject	Διφασικές ροές	el
dc.subject	Περιγραφή κατά lagrange	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
dc.title	Ανάπτυξη και πρώτη εφαρμογή μοντέλου υπολογιστικής ρευστοδυναμικής με περιγραφή σωματιδίων κατά Lagrange με σκοπό την ελαχιστοποίηση του υπολογιστικού κόστους, για τη μελέτη ρευστοποιημένων κλινών ανακυκλοφορίας	el
dc.title	Development and first application of Lagrangian based (MP-PIC) CFD model for the efficient simulation of CFBs	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2007008173
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2015-10-12
heal.abstract	Στη παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται η τρισδιάστατη προσομοίωση, με εφαρμογή μοντέλων υπολογιστικής ρευστομηχανικής, ενός ενανθρακωτή που αποτελεί ένα από τους δύο αντιδραστήρες μιας πιλοτικής εγκατάστασης συζυγών ρευστοποιημένων κλινών ανακυκλοφορίας για τη δέσμευση CO2, ισχύος 1 MWth. Η ανάπτυξη του αριθμητικού μοντέλου για τη της διφασική ροή εντός των κλινών, γίνεται με εφαρμογή της μεθόδου MP-PIC (Multiphase Particle-In-Cell), η οποία έχει ως βάση την στοχαστική προσέγγιση Euler-Lagrange. Για την ανάπτυξη του μοντέλου χρησιμοποιήθηκε ως βάση το εμπορικό πακετό ANSYS FLUENT 15.0. Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας υλοποιήθηκαν κατάλληλοι κώδικες (User Defined Functions) σε γλώσσα C, οι οποίοι ορίζουν σωστά τις οριακές συνθήκες των σωματιδίων και επί της ουσίας πραγματώνουν την αναλυκλοφορία των σωματιδίων, καθώς μοντελοποιήθηκε μόνο ο αγωγός ανόδου της μονάδας. Επίσης στο εμπορικό πακέτο ενσωματώθηκαν κώδικες για την ορθότερη μοντελοποίηση των ενδοσωματιδιακών τάσεων. Όλοι οι κώδικες παραλληλοποιήθηκαν, έτσι ώστε να αξιοποιηθεί η δυνατότητα της υπολογιστικής πλατφόρμας του FLUENT για παράλληλη επεξεργασία. Παράλληλα, διεξήχθει παραμετρική ανάλυση, στα πλαίσια της οποίας εξετάστηκε η επίδραση του πλήθους των υπολογιστικών σωματιδίων, της κατανομής των σωματιδιακών όρων πηγής μέσω συντελεστών βαρύτητας, καθώς και του συντελεστή αποκατάστασης σωματιδίου-τοιχώματος. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της προσέγγισης Euler-Euler (Zeneli et al., 2015) για την ίδια μονάδα και τις ίδιες συνθήκες λειτυργίας. Τα μοντέλα οπισθέλκουσας που εξετάστηκαν είναι το συμβατικό του Gidaspow και το EMMS, με το δεύτερο να προσεγγίζει ικανοποιητικά τα πειραματικά δεδομένα, βελτιώνοντας αισθητά την ακρίβεια μοντελοποίησης. Τέλος, επαληθεύτηκε το χαμηλότερο υπολογιστικό κόστος της μεθόδου σε σχέση με την καθιερωμένη μέθοδο Euler-Euler, καθώς απαιτούνται μονο 22 ώρες για την προσομοίωση ροής πέντε δευτερολέπτων, με χρήση 4 υπολογιστικών κόμβων. Συνέπεια αυτού, ήταν η μείωση του χρόνου υπολογισμού περίπου κατά 20% σε σύγκριση με τη μέθοδo Euler-Euler. Χρειάζεται όμως περεταίρω βελτίωση των μοντέλων MP-PIC για να αυξηθεί η ακρίβειά τους τουλάχιστον στο επίπεδο των αποτελεσμάτων της Euler-Euler που έχει διερευνηθεί διεξοδικά πάνω από δύο δεκαετίες.	el
heal.abstract	This diploma thesis focuses on the 3D CFD simulation of a CFB (Circulating fluidized Bed) pilot-scale carbonator of a 1MWth dual fluidized bed installation. The MP-PIC model, based on the stochastic Euler-Lagrange approach, was implemented to simulate the two-phase flow in the CFB. The development of the model was performed in commercial program ANSYS FLUENT 15.0. In-house C-language codes (User Defined Functions) were applied to define properly the particle boundary conditions, modeling essentially particle loop; since only the riser of the installation was modeled. Furthermore, UDFs modeling accurately inter-particle stresses were incorporated as well. Every code was parallelized in order to utilize the capability of Fluent for parallel processing. In addition, a parametric analysis was conducted, examining the effect of computational particle number, node-based averaging (kernel), as well as wall-particle coefficient of restitution. The simulation results were compared with the simulation results obtained from Euler-Euler approach (Zeneli et al., 2015) for the same unit and identical operational conditions. The homogeneous Gidaspow and EMMS drag models were investigated, as well. The second drag model demonstrates a good agreement with respective experimental data, enhancing significantly simulation accuracy. Finally, the lower computational cost of this method was validated, since only around 22 hours were necessary, utilizing 4 CPUs, for the simulation of a five-second flow; resulting to a 20% reduction in time compared to mature Euler-Euler approach. Yet, further improvement of MP-PIC models is essential to match the accuracy of Euler-Euler approach, which is developed for over two decades.	en
heal.advisorName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Καρέλλας, Σωτήριος	el
heal.committeeMemberName	Κακαράς, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Ρακόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	83 σ.
heal.fullTextAvailability	true