Προσομοίωση με υπολογιστική ρευστοδυναμική έγχυσης σταγονιδίων και ανάπτυξης υμενίου νερού στο Σύστημα Εισαγωγής Αέρα ενός επιβατικού αυτοκινήτου, με χρήση του OpenFOAM

Αντωνίου, Ευάγγελος; Evangelos, Antoniou

dc.contributor.author	Αντωνίου, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Evangelos, Antoniou	en
dc.date.accessioned	2018-02-28T10:24:53Z
dc.date.available	2018-02-28T10:24:53Z
dc.date.issued	2018-02-28
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/46593
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.7977
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	OpenFOAM	en
dc.subject	Film Simulation	en
dc.subject	Aerodynamics Simulation	en
dc.subject	Droplet Injection	en
dc.subject	Προσομοίωση έγχυσης σταγονιδίων	el
dc.subject	Προσομοίωση υμενίου	el
dc.subject	Σύστημα Εισαγωγής Αέρα επιβατικού αυτοκινήτου	el
dc.subject	Αεροδυναμικες προσομοιώσεις	el
dc.subject	Air Intake System (AIS) of a passenger car	en
dc.title	Προσομοίωση με υπολογιστική ρευστοδυναμική έγχυσης σταγονιδίων και ανάπτυξης υμενίου νερού στο Σύστημα Εισαγωγής Αέρα ενός επιβατικού αυτοκινήτου, με χρήση του OpenFOAM	el
dc.title	CFD Simulation of droplets injection and water film development in the Air Intake System of a passenger car using OpenFOAM	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Υπολογιστική Ρευστομηχανική	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classificationURI	http://id.loc.gov/authorities/subjects/sh2007008173
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-10-13
heal.abstract	Η κύρια λειτουργία του συστήματος εισαγωγής είναι να παρέχει καθαρό αέρα στη μηχανή αυτοκινήτου. Οδηγώντας υπό συνθήκες ισχυρής βροχόπτωσης, μια ποσότητα νερού ενδέχεται να εισχωρήσει στο σύστημα εισαγωγής. Είναι αναγκαίο αυτή η ποσότητα νερού να μειωθεί στο ελάχιστο ώστε να αποφευχθούν πιθανές βλάβες στη μηχανή. Η εργασία αυτή παρουσιάζει μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία προσομοίωσης των φαινομένων έγχυσης σταγονιδίων βροχής και ανάπτυξης υμενίου νερού στο σύστημα εισαγωγής αέρα. Η προσομοίωση του υμενίου νερού στο σύστημα εισαγωγής αέρα υλοποιήθηκε με τη χρήση του ειδικού μοντέλου για ροή σε υμένιο στο OpenFOAM, ενός λογισμικού Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics- CFD) ανοικτού κώδικα. Στόχος αυτής της προσομοίωσης είναι να εξεταστεί ο σχηματισμός και η μεταφορά του υμενίου, το όποιο δημιουργείται με τη χρήση μοντέλων έγχυσης σταγονιδίων, και να προταθούν πιθανοί τρόποι αποστράγγισης του συστήματος. Το συγκεκριμένο μοντέλο για ροή σε υμένιο χρησιμοποιεί το OpenFOAM, επιλύεται σε ένα δι-διάστατο επιφανειακό πλέγμα το οποίο διακριτοποιείται στις δυο κατευθύνσεις εφαπτομενικά της επιφάνειας, αλλά έχει πάχος μόνο ένα κελί προς την διεύθυνση την κάθετη στην επιφάνεια. Αυτό το επιφανειακό πλέγμα προέρχεται από το συνοριακό πλέγμα του μεγαλύτερου χωρίου της κύριας ροής του αέρα. Αυτή η προσέγγιση απλοποιεί την υλοποίηση των υπολογισμών, ξεχωρίζοντας την φυσική της κύριας ροής από την φυσική του υμενίου, και ελαχιστοποιεί το κόστος επικοινωνίας, δηλαδή ανταλλαγής υπολογιστικών δεδομένων, μεταξύ των δύο πλεγμάτων. Με στόχο να εκτιμηθεί η κατάλληλη τιμή της παροχής νερού στο σύστημα εισαγωγής, αναπτύχτηκε μια ολοκληρωμένη μεθοδολογία, η όποια αποτελείται από τρία κύρια μέρη: Πρώτον, ο υπολογισμός της παροχής αέρα στην εισόδου του συστήματος λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος της μηχανής, τον μέγιστο αριθμό στροφών, και την ταχύτητα του αυτοκίνητου. Δεύτερον, η υλοποίηση αεροδυναμικών προσομοιώσεων σε συγκεκριμένο επιβατικό αυτοκίνητο με τη χρήση ενός επιλύτη μόνιμης κατάστασης στο OpenFOAM. Στόχος αυτής της προσομοίωσης, ήταν ο υπολογισμός των πεδίων ταχυτήτων και πιέσεων στο εσωτερικό του αυτοκίνητου, κοντά στην είσοδο του συστήματος εισαγωγής αέρα. Τρίτον, η υλοποίηση της προσομοίωσης της βροχής, όπου εκτιμήθηκε η παροχή νερού στην είσοδο του συστήματος, λαμβάνοντας υπόψη ρεαλιστικές συνθήκες ισχυρής βροχής Στη συνέχεια, πραγματοποιήθηκε η προσομοίωση της ροής σε υμένιο. Τα αποτελέσματα της τελευταίας προσομοίωσης οδήγησαν σε προτάσεις για πιθανούς τρόπους αποστράγγισης του συστήματος. Ο κώδικας του OpenFOAM χρησιμοποιήθηκε σε όλα τα βήματα των προσομοιώσεων (pre-processing, processing, post-processing). Η εργασία αυτή αποτελεί μέρος της προσπάθειας των εταιριών ΝΙΚΙ ΜΕΠΕ και TWT GmbH να ερευνήσουν και να αναπτύξουν μεθοδολογίες προσομοιώσεων CFD. Οι εταιρίες αυτές προσφέρουν τις υπηρεσίες τους σε θέματα CFD σε κολοσσούς της αυτοκινητοβιομηχανίας όπως BMW, Audi και Daimler.	el
heal.abstract	The main function of the Air Intake System (AIS) is to supply the engine with clean air. When driving during rainy conditions, an amount of water may enter this system and it is necessary to reduce this amount to a minimum level. This thesis presents a holistic methodology in order to simulate the phenomena of droplets injection and water film development in the AIS of a passenger car. The aim of the film simulation in AIS using the wall film model in OpenFOAM, an open source Computational Fluid Dynamics (CFD) framework, is to investigate the formation and transport of water film which was generated by a particle injection model and to propose possible drainage improvements. The wall film model is solved on a 2-D surface mesh that is discretized in both directions tangential to the surface, but is only one cell thick in the direction normal to the surface. The surface mesh is extruded from the boundary mesh of the larger, gas-phase domain. This approach simplifies the implementation by separating the gas-phase physics from the water transport physics and minimizes communication overhead between the two meshes. In order to estimate the appropriate value of water mass flow rate, we developed a holistic process which consists of three main parts: Firstly, air flow rate in the AIS inlet, which was calculated taking into account the engine size, the maximum engine rpm and the car speed. Secondly, the aerodynamics simulation in a specific passenger car, which was performed using a state-steady solver in OpenFOAM, in order to compute the field of velocities and pressures in the under-the-hood area of the car, near the AIS inlet. Thirdly, the rain simulation, which was implemented and the amount of water mass flow rate in the AIS inlet, which was estimated taking into account the possible realistic conditions of heavy rain. Afterwards, the water film simulation in AIS was implemented. The outcomes of film simulation led to the suggestion of the possible drainage improvements of AIS. The OpenFOAM code was used for all the steps of the simulations (pre-processing, processing and post-processing). This work is part of the research that NIKI Ltd and TWT GmbH are conducting on the area of CFD simulation. NIKI Ltd and TWT GmbH are long term partners with leading automotive companies such as BMW, Audi and Daimler.	en
heal.advisorName	Μπουντουβής, Ανδρέας	el
heal.committeeMemberName	Ριζιώτης, Βασίλειος	el
heal.committeeMemberName	Riziotis, Vasilis	en
heal.committeeMemberName	Κυρανούδης, Χρήστος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	105 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true