Προσομοίωση κινητήρα stirling με χρήση CFD σε περιβάλλον Ansys Fluent

Λαμπαδάκης, Επιφάνιος; Labadakis, Epifanios

dc.contributor.author	Λαμπαδάκης, Επιφάνιος	el
dc.contributor.author	Labadakis, Epifanios	en
dc.date.accessioned	2018-09-05T09:10:33Z
dc.date.available	2018-09-05T09:10:33Z
dc.date.issued	2018-09-05
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/47523
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.15604
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Μηχανές stirling	el
dc.subject	Υπολογιστικές μέθοδοι	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
dc.subject	Θερμοδυναμική	el
dc.subject	Cfd	en
dc.subject	Stirling engines	en
dc.subject	Computational methods	en
dc.subject	Thermodynamics	en
dc.subject	Simulation	en
dc.subject	Προσομοίωση	el
dc.title	Προσομοίωση κινητήρα stirling με χρήση CFD σε περιβάλλον Ansys Fluent	el
dc.title	Simulation of stirling engine using CFD in Ansys Fluent environment	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Thermodynamics	en
heal.classification	Θερμοδυναμική	el
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2018-07-03
heal.abstract	Το αντικείμενο της έρευνας της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η προσομοίωση μίας μηχανής Stirling με τη χρήση υπολογιστικών μεθόδων (CFD). Η χρήση του CFD γίνεται όλο και συχνότερη, καθώς μπορεί να οδηγήσει σε μία ρεαλιστική προσομοίωση της πραγματικής λειτουργίας της μηχανής. Επιπλέον, το CFD μπορεί να παρέχει πληροφορίες σχετικά με την κατανομή θερμοδυναμικών μεγεθών σε ένα χώρο της μηχανής, να δείξει τη ροή του αερίου και να δώσει πληροφορίες σχετικά με την επίδραση της γεωμετρίας της μηχανής. Αυτά είναι ευρήματα που δεν μπορούν να προκύψουν από τα ευρέως χρησιμοποιούμενα μονοδιάστατα μοντέλα. Η προσομοίωση της μηχανής με χρήση CFD στην παρούσα εργασία γίνεται με τη χρήση του προγράμματος ANSYS Fluent. Τα τρία πρώτα κεφάλαια της εργασίας αποτελούν έναν οδηγό για τη χρήση του ANSYS Fluent. Ο στόχος τους είναι να γίνει κατανοητή η χρήση του προγράμματος από τον αναγνώστη, αλλά και να βοηθηθεί ο μελλοντικός πιθανός χρήστης το προγράμματος. Στο Κεφάλαιο 1 περιγράφεται η γεωμετρία της μηχανής Stirling που μελετάται στην εργασία. Δίνονται αναλυτικά στοιχεία σχετικά με τη διάταξη των χώρων της μηχανής, την μεταβολή του όγκου και τους όγκους των εναλλακτών θερμότητας της μηχανής. Στο Κεφάλαιο 2, περιγράφεται ο τρόπος δημιουργίας του υπολογιστικού πλέγματος. Περιγράφονται οι βασικές μέθοδοι επεξεργασίας του πλέγματος, με παράλληλη εφαρμογή στη σχεδιασμένη μηχανή. Δημιουργούνται επίσης έξι διαφορετικά υπολογιστικά πλέγματα, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν στη συνέχεια σε ισάριθμες προσομοιώσεις. Στο Κεφάλαιο 3 περιγράφεται ο τρόπος με τον οποίον δηλώνονται όλες οι παράμετροι της προσομοίωσης. Αυτές περιλαμβάνουν δεδομένα όπως το μοντέλο που θα χρησιμοποιηθεί στην προσομοίωση, οι θερμοκρασίες στους χώρους και τις επιφάνειες της μηχανής, η κίνηση των εμβόλων και άλλα. Αναλύεται επίσης ο τρόπος εξαγωγής των αποτελεσμάτων της προσομοίωσης προς το χρήστη. Ο δεύτερος στόχος της εργασίας είναι η μελέτη της επίδρασης διαφορετικών υπολογιστικών πλεγμάτων στην προσομοίωση της μηχανής. Θεωρητικά, ένα πλέγμα που αποτελείται από περισσότερα στοιχεία οδηγεί σε πιο ακριβή αποτελέσματα αλλά απαιτεί περισσότερο υπολογιστικό χρόνο ανά κύκλο λειτουργίας της μηχανής. Ο σχεδιασμός ενός κατάλληλου πλέγματος αποτελεί πάντα ένα αντικείμενο έρευνας. Στο πρώτο τμήμα του κεφαλαίου, παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της προσομοίωσης με χρήση του αρχικά σχεδιασμένου πλέγματος. Στη συνέχεια, δοκιμάζονται τρία πυκνότερα και τρία αραιώτερα πλέγματα. Η κάθε προσομοίωση διήρκεσε δέκα (10) κύκλους λειτουργίας. Το βασικό συμπέρασμα που προκύπτει από τη σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από τα διάφορα πλέγματα που δοκιμάσθηκαν στο κεφάλαιο 4 είναι πως η πύκνωση ή η αραίωση του πλέγματος είναι προτιμότερο να επιτευχθούν με την αλλαγή γενικών παραμέτρων και όχι με την τοπική επεξεργασία του πλέγματος. Η μεταβολή των αποτελεσμάτων σε σχέση με το αρχικό πλέγμα ήταν μικρή, και για πυκνότερο και για αραιώτερο πλέγμα. Για πυκνότερο πλέγμα σημειώθηκε ταχύτερη σύγκλιση, όμως η προσομοίωση κάθε κύκλου χρειάσθηκε περισσότερο υπολογιστικό χρόνο. Λόγω του ότι τα δύο αυτά ευρήματα είναι αντικρουόμενα, για να εξαχθεί ένα τελικό συμπέρασμα πρέπει να συνεχισθεί η προσομοίωση και να επιτευχθεί οριστική σύγκλιση. Από την άλλη, η χρήση αραιώτερου v πλέγματος οδήγησε και αυτή σε ικανοποιητική σύγκλιση, ενώ ο απαιτούμενος χρόνος για την προσομοίωση ενός (1) κύκλου μειώθηκε. Συνίσταται λοιπόν η χρήση αραιώτερου υπολογιστικού πλέγματος, καθώς συνδυάζει μικρότερο απαιτούμενο υπολογιστικό χρόνο, ικανοποιητική σύγκλιση και σχεδόν ταυτόσημα αποτελέσματα σε σχέση με το αρχικό υπολογιστικό πλέγμα.	el
heal.abstract	The aim of the present thesis is the simulation of a Stirling Engine with the use of computational methods (CFD). The application of CFD is becoming more common, as it can lead to a realistic simulation of the operation of a real Stirling engine. Moreover, CFD can provide information regarding the distribution of properties such as pressure, temperature and velocity inside an engine space. CFD can also illustrate the flow-paths of working gas and indicate the effect of the engine’s geometry on the final results. These findings can’t be obtained by the commonly used one-dimensional analytical models. For the CFD simulation of the engine, ANSYS Fluent is applied. The three first chapters of te thesis are a manual for the use of ANSYS Fluent. Their aim is to enable the understanding of the use of the software and make its use easier for a possible new user. In the first chapter (Chapter 1), the geometry of the simulated engine is described. The engine’s structure, the volume variations and the data regarding the volume and the wetted areas of the heat exchangers are illustrated. In the second chapter (Chapter 2), the generation of computational grid is described. The basic methods of grid editing are analyzed and are applied in the studied engine. Moreover, six different grids are generated. These are studied later in the engine. In the third chapter (Chapter 3), the setup of the simulation is described, including data regarding the used simulation model, the temperatures inside the engine spaces, the boundary conditions, the motion of moving parts etc. The method for the export of the simulation results is also described. The second aim of the thesis is the study of the effect of different computational grids. A grid consisted of more elements is considered to lead to more precise results, but requires higher computational time per engine cycle. The generation of a suitable grid is a field of research. In the first part of Chapter 4, the results coming from the simulation with the initially deigned grid are presented. After that, six grids are applied. Three of them are consisted of more elements, while the other three contain less elements. Each simulation lasts for 10 cycles. The main outcome from the comparison of the results coming from the simulations based on different grids tested was that the modification of computational grid is better to be achieved by the change of general parameters and not by local sizing. The deviation of results coming from the finer and the coarser grid was small compared to those resulting from the initial grid. For finer grid the convergence was faster but each engine cycle required higher computational time. As a result, and in order to reach a final conclusion the simulations with the finer grid have to be continued until total convergence is achieved. The use of coarser grid resulted in good convergence, while the required time for one engine cycle was lower. Because of that and as the results coming from the coarser grid were very close to those resulting from the initial grid, the use of a coarser and lighter mesh is suggested.	en
heal.advisorName	Ρογδάκης, Εμμανουήλ	el
heal.committeeMemberName	Κορωνάκη, Ειρήνη	el
heal.committeeMemberName	Αντωνόπουλος, Κίμων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	89 σ.
heal.fullTextAvailability	true