Πολυφασική προσομοίωση προσπέλασης οχημάτων σε πλημμυρισμένους δρόμου

Νάτσης, Ανδρέας; Natsis, Andreas

dc.contributor.author	Νάτσης, Ανδρέας	el
dc.contributor.author	Natsis, Andreas	en
dc.date.accessioned	2015-10-16T07:16:07Z
dc.date.available	2015-10-16T07:16:07Z
dc.date.issued	2015-10-16
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/41425
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.9291
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Εφαρμοσμένη Μηχανική”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Υπολογιστική υδροδυναμική	el
dc.subject	Πολυφασική ροή	el
dc.subject	Μέθοδος όγκων ρευστού	el
dc.subject	OpenFoam	el
dc.subject	CFD	en
dc.subject	Star-CCM+	en
dc.subject	OpenFoam	en
dc.subject	VOF	en
dc.subject	Multiphase flow	en
dc.title	Πολυφασική προσομοίωση προσπέλασης οχημάτων σε πλημμυρισμένους δρόμου	el
heal.type	bachelorThesis
heal.secondaryTitle	Multiphase CFD Simulation of suction of water by the engine of cars subjected to water drive through	en
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2007008173
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-10-15
heal.abstract	Αυτή η μεταπτυχιακή εργασία πραγματεύεται την προσπέλαση οχημάτων σε πλημμυρισμένους δρόμους. Στόχος των διενεργούμενων προσομοιώσεων είναι ο καθορισμός του ύψους των κυμάτων που δημιουργούνται και αν φτάνουν την εισαγωγή αέρα του κινητήρα που θα είχε ως αποτέλεσμα την καταστροφή του. Τα λιμνάζοντα νερά εκτείνονται σε ύψος 40 εκατοστών ενώ το αυτοκίνητο επιταχύνει από μηδενική ταχύτητα μέχρι τα 13 χιλιόμετρα ανά ώρα. Η επίλυση γίνεται με δύο κώδικες, το STAR-CCM+ και το openFoam. Σκοπός της παρούσας εργασίας είναι ο σχεδιασμός μεθοδολογίας που να προβλέπει την κρίσιμη εκείνη ταχύτητα του αυτοκινήτου, κατά την οποία δημιουργείται τέτοιο κύμα που το νερό φτάνει στην εισαγωγή του κινητήρα. Οι αυτοκινητοβιομηχανίες ενδιαφέρονται για την εύρεση της κρίσιμης ταχύτητας, καθώς σε περίπτωση που αυτή είναι πολύ χαμηλή προβαίνουν σε ανασχεδιασμό του συστήματος εισαγωγής του αέρα. Χρησιμοποιώντας κώδικες CFD μπορούν να προβλέπουν την ταχύτητά αυτή σε πρότερα στάδια παραγωγής, να αξιολογούν εναλλακτικά σχέδια και να προχωρούν σε βελτιστοποίηση του σχεδιασμού, σε μικρότερους χρόνους και μικρότερο κόστος σε σύγκριση με πειραματικές μετρήσεις. Η ροή είναι διφασική (αέρας – νερό), ασυμπίεστη, μη αναμίξιμη και τυρβώδης. Το πλέγμα είναι μη δομημένο εξάεδρο με κύριο χαρακτηριστικό την πολυπλοκότητα της γεωμετρίας. Οι εξισώσεις που επιλύονται είναι: η εξίσωση της συνέχειας, οι Reynolds Averaged εξισώσεις Navier-Stokes (RANS) με μοντέλο τύρβης k-ε και η εξίσωση συνέχειας των φάσεων σύμφωνα με το μοντέλο VOF. Ακόμα υπάρχουν περιοχές στο πλέγμα που έχουν μοντελοποιηθεί ως πορώδεις περιοχές σύμφωνα με την εξίσωση Darcy-Forchheimer. Και οι δύο κώδικες χρησιμοποιήθηκαν σε όλες της φάσεις που απαιτεί μία τέτοια προσομοίωση (meshing-preprocessing, processing and post processing). Πέραν της σύγκρισης των αποτελεσμάτων, οι δύο κώδικες συγκρίνονται με κριτήρια όπως η ευκολία χρήσης, ο χρόνος επίλυσης, οι περιορισμοί και οι δυνατότητες που προσφέρουν Τα αποτελέσματα είναι συγκρίσιμα και ρεαλιστικά. Αμφότεροι οι κώδικες προέβλεψαν σχετικά ίσες μεταξύ τους κρίσιμες ταχύτητες. Οι κύριες διαφορές εντοπίζονται κυρίως στην ταχύτητα επίλυσης και στην ευκολία χειρισμού, με το STAR-CCM+ να επιδεικνύει πληθώρα δυνατοτήτων και εύκολων στην χρήση εργαλείων. Η αξιολόγηση των αποτελεσμάτων απαιτεί σύγκριση με πειραματικά αποτελέσματα. Η εργασία αυτή αποτελεί μέρος της προσπάθειας των εταιριών Ν.Ι.Κ.Ι. και TWT GmbH να αναπτύξουν την μεθοδολογία προσομοίωσης της προσπέλασης αυτοκινήτων σε λιμνάζοντα νερά. Οι εταιρίες αυτές προσφέρουν τις υπηρεσίες τους σε θέματα CFD σε κολοσσούς της αυτοκινητοβιομηχανίας όπως BMW, Audi και Daimler.	el
heal.abstract	The work presented in this Master's thesis deals with multiphase flow through complex geometry. STAR-CCM+ and openFoam, two powerful CFD codes, are being used to simulate the water–drive-through of a passenger car. The aim of the simulations is to investigate the formation of waves generated from the velocity of the car while driving through shallow water. More precisely the critical velocity, during which the water reaches the air-suction system of the engine, is defined. The main objective is to build a methodology which will be able to predict the critical velocity for any passenger car. Additional experimental results should be used in the future to calibrate the simulation. Automotive companies perform experimental tests to define the critical velocity. Low critical velocity could result in redesigning the air-suction system or neighbor parts. CFD simulations cost less, can be performed in earlier stages of the design process and can evaluate the performance of design variants. The flow is considered two-phase (water, air), incompressible, immiscible and turbulent. The governing equations are Reynolds Averaged Navier-Stokes with a k-ε turbulence model. The interphase is captured by using the Volume of Fluids (VOF) method. Moreover there are regions which are modelled as porous media according to the Darcy-Forchheimer formulation. Both STAR-CCM+ and openFoam are used for all the steps of the simulation (meshing-preprocessing, processing and post processing). A comparison between the software products is made, not only regarding the results but also regarding their efficiency on meeting the requirements of such a methodology. The results obtained from the analysis are comparable and realistic. Both openFoam and STAR-CCM+ predicted almost the same critical velocity for the car being simulated. Moreover the predicted flow portraits of the two software products match previous experimental results. The main difference is spotted on the aspect of robustness, in favor of STAR-CCM+. Both methodologies need to be calibrated and thoroughly validated with detailed experimental measurements. This work is part of the research that N.I.K.I. and TWT GmbH are performing on the area of CFD simulations. TWT and N.I.K.I are long term partners with pioneer automotive companies such as BMW, Audi and Daimler.	en
heal.sponsor	NIKI Information Technologies & Digital Engineering Ltd	en
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	en
heal.committeeMemberName	Μαρκάτος, Νικόλαος	en
heal.committeeMemberName	Κυρανούδης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.fullTextAvailability	true