Υπολογιστική μελέτη άντλησης χωρίς βαλβίδες και πιστοποίηση πειραματικών μετρήσεων σε κλειστό βρόχο αγωγών

Καρράς, Χρήστος; Karras, Christos

dc.contributor.author	Καρράς, Χρήστος	el
dc.contributor.author	Karras, Christos	en
dc.date.accessioned	2020-01-27T10:23:52Z
dc.date.available	2020-01-27T10:23:52Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/49713
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.17411
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/gr/	*
dc.subject	Άντληση χωρίς βαλβίδες	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Φαινόμενο Liebau	el
dc.subject	Κλειστός βρόχος αγωγών	el
dc.subject	Αμφίδρομη αλληλεπίδραση ρευστού-δομής	el
dc.subject	Valveless pumping	en
dc.subject	CFD	en
dc.subject	Liebau	en
dc.subject	Closed pipe loop	el
dc.subject	2-Way FSI	el
dc.title	Υπολογιστική μελέτη άντλησης χωρίς βαλβίδες και πιστοποίηση πειραματικών μετρήσεων σε κλειστό βρόχο αγωγών	el
dc.title	Computational study of valveless pumping and verification of experimental measurements in a closed pipe loop	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Άντληση χωρίς βαλβίδες	el
heal.classification	Φαινόμενο Liebau	el
heal.classification	Αμφίδρομη αλληλεπίδραση ρευστού-δομής	el
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classification	Valveless pumping	el
heal.classification	Liebau phenomenon	en
heal.classification	2-Way FSI	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2019-07-24
heal.abstract	Η παρούσα μελέτη αφορά την τρισδιάστατη υπολογιστική ανάλυση ενός φαινομένου άντλησης χωρίς βαλβίδες που παρατηρείται σε κλειστό βρόχο δύο αγωγών, ενός εύκαμπτου και ενός (σχετικά) άκαμπτου. Η μοντελοποίηση βασίζεται σε πειραματική διάταξη κλειστού βρόχου αγωγών [1]. Σε ορισμένο τμήμα του εύκαμπτου αγωγού ασκείται εξωτερική διέγερση με αποτέλεσμα ο αγωγός να παραμορφώνεται, να προκαλεί την κίνηση του ρευστού εντός του και συνεπώς να επιτυγχάνεται η ροή του ρευστού. Σκοπός της εργασίας είναι η υπολογιστική μελέτη της δημιουργούμενης ροής και της σχέσης της συχνότητας διέγερσης του συστήματος με την μέση χρονικά παροχή που αναπτύσσεται με στόχο να ελεγχθεί αν τα αποτελέσματα αυτής της υπολογιστικής μελέτης μπορούν να συμφωνούν με τα μετρηθέντα από την πειραματική διάταξη αποτελέσματα. Η υπολογιστική μελέτη επιτυγχάνεται μέσω διαφόρων προσομοιώσεων που χρησιμοποιούν μοντέλα της πειραματικής διάταξης. Τα υπολογισμένα αποτελέσματα συγκρίνονται με πειραματικά μετρηθέντα μεγέθη της ροής για την πιστοποίηση των δεύτερων μέσω των προσομοιώσεων. Αρχικά γίνεται προσπάθεια μοντελοποίησης του συστήματος ως σύζευξης προβλήματος μηχανικής παραμορφώσιμων στερεών και προβλήματος μηχανικής ρευστών και υπολογιστική επίλυση μέσω της μεθόδου Fluid-Structure-Interaction (FSI-Αλληλεπίδραση Ρευστού με παραμορφώσιμη δομή) με χρήση του λογισμικού Ansys Workbench. Λόγω προβλημάτων σύγκλισης του κώδικα που οφείλονταν στις μεγάλες παραμορφώσεις του αγωγού, μελετήθηκε υπολογιστικά μόνο το άκαμπτο τμήμα του αγωγού, χρησιμοποιώντας ως οριακές συνθήκες μετρημένα μεγέθη από το πείραμα. Συγκεκριμένα, χρησιμοποιώντας την πειραματική μέτρηση της παροχής μάζας γίνεται πρόβλεψη της αναμενόμενης διαφοράς πίεσης στα άκρα του αγωγού. Αντίστοιχα θεωρώντας γνωστές από τις ίδιες μετρήσεις τις πιέσεις στα άκρα του αγωγού γίνεται πρόβλεψη της χρονικά μεταβαλλόμενης παροχής μάζας. Αυτό γίνεται τόσο σε αγωγό της γεωμετρίας της πειραματικής διάταξης από την οποία πάρθηκαν οι μετρήσεις, δηλαδή καμπυλόμορφο, όσο και σε ευθύγραμμο αγωγό ίδιου μήκους. Τέλος ως μέρος της ανάλυσης των πειραματικών μετρήσεων γίνεται φασική ανάλυση ορισμένων πειραματικά μετρηθέντων μεγεθών.	el
heal.abstract	The aim of this work is to study a case of valveless pumping, namely the Liebau phenomenon as it occurs in closed pipe loop systems comprised of two pipes with different elasticity filled with liquid. Periodic stimulation on the more compliant pipe of such a system can result in non-zero net flow rate depending among other parameters on the frequency of the stimulation and the excitation amplitude. The computational models developed in this study are based on an experimental setup by Manopoulos [1], the experimental results of which are compared to and verified by the results obtained from computational analysis. Initially, computational analysis is done by simulating the response of the complete experimental geometry of the closed pipe loop system when subjected to periodic external loads by means of two-way Fluid Structure Interaction methods (2-Way FSI). The shortcomings of this approach lead to the isolation and modeling of the inside domain of the rigid pipe only. In this case the simulations use only Computational Fluid Mechanics methods (CFD) and the boundary conditions used are derived from the experimental results. Two main series of simulations are performed. The first uses the experimental mass flow as a boundary condition, aiming to compute the pressure difference between the tube’s ends, by solving the flow domain along the length of the rigid pipe. The second one uses the experimental pressure difference as a boundary condition, solving the above same fluid domain, concluding to the calculation of the mass flow. Simulations are also performed with pressure difference boundary conditions for models with straight pipe geometry of the same length instead of the curved one, to determine whether the curvature affects the results. All the simulations are predicted by using the commercial software ANSYS Workbench. Finally, phase analysis of some experimental results is done between the pressure and the pincher motion signals in order to better understand the response of the system.	en
heal.advisorName	Μανόπουλος, Χρήστος	el
heal.advisorName	Manopoulos, Christos	en
heal.committeeMemberName	Αλεξόπουλος, Λεωνίδας	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.committeeMemberName	Alexopoulos, Leonidas	en
heal.committeeMemberName	Voutsinas, Spyridon	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Βιορευστομηχανικής και Βιοϊατρικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	75 σ.
heal.fullTextAvailability	true