Υπολογιστική μελέτη παραγωγής ενέργειας απο ταλαντώμενη αεροτομή .

Κατσούλας, Φραντσέσκο Ηλίας; Katsoulas, Francesco Ilias

dc.contributor.author	Κατσούλας, Φραντσέσκο Ηλίας	el
dc.contributor.author	Katsoulas, Francesco Ilias	en
dc.date.accessioned	2021-10-19T10:45:51Z
dc.date.available	2021-10-19T10:45:51Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/53960
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21658
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	Παραγωγή ενέργειας	el
dc.subject	Ταλαντώμενη αεροτομή	el
dc.subject	Μηχανική ρευστών	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Power extraction	en
dc.subject	Oscillating airfoil	en
dc.subject	Fluid mechanics	en
dc.subject	Computational fluid mechanics	en
dc.subject	CFD	en
dc.title	Υπολογιστική μελέτη παραγωγής ενέργειας απο ταλαντώμενη αεροτομή .	el
dc.title	Computational study of an oscillating airfoil in the power extraction regime .	en
heal.type	masterThesis
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classification	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-06
heal.abstract	Εμπνευσμένοι από το φτερούγισμα των πτηνών και την κίνηση των θαλάσσιων όντων οι άνθρωποι μελέτησαν και υιοθέτησαν τις ταλαντούμενες πτέρυγες .Η ταλάντωση αυτή μπορεί να είναι αρμονική ή να ακολουθεί διάφορα άλλα είδη ταλάντωσης .Κατά την κίνηση αυτή, ενέργεια μπορεί να μεταφέρεται από και προς την πτέρυγα ,ανάλογα με τα χαρακτηριστικά της κίνησης .Όταν μιλάμε για απαγωγή ενέργειας από το ρευστό, σύμφωνα με την βιβλιογραφία, οι περιπτώσεις όπου εμφανίζεται υψηλή απόδοση από το σύστημα βρίσκονται κοντά σε πλάτη ταλάντωσης περίπου ίσα με την χορδή της αεροτομής (για την μεταφορική ταλάντωση ) και κοντά στις 76,3° (για την γωνιακή ταλάντωση ) .Σε αυτήν την διπλωματική εργασία ερευνώνται ,με την χρήση εμπορικού κώδικα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής για δυο διαστάσεις (2D), βαθύτερα τα βέλτιστα πλάτη ταλάντωσης για μια αεροτομή NACA0015 (c=1) σε ροή αέρα με Re=1100 και σημείο περιστροφής στο ένα τρίτο της χορδής από την ακμή προσβολής ( ) . Πιο συγκεκριμένα εξετάστηκαν οι εξής περιπτώσεις (συνδυασμοί) πλατών μεταφορικής και γωνιακής (αρμονικής) ταλάντωσης : i) h=1[m] , θ0 =71,3° ii) h=1[m] , θ0 =76,3° (βασική περίπτωση ) iii) h=1[m] , θ0 =81,3° iv) h=0,9 [m] , θ0 =76,3° v) h=1,1[m] , θ0 =76,3° vi) h=1,4[m] , θ0 =81,3° . Σε όλες τις περιπτώσεις η διαφορά φάσης μεταξύ των δυο κινήσεων ήταν π/2 καθώς έχει βρεθεί πως είναι αυτή που δίνει τα βέλτιστα αποτελέσματα .Για την μοντελοποίηση της μεταφορικής ταλάντωσης υιοθετήθηκε κινούμενο αδρανειακό σύστημα αναφοράς (heaving reference frame) ενώ η γωνιακή ταλάντωση εισήχθη μέσω άκαμπτου -περιστρεφόμενου πλέγματος το οποίο κινείται μαζί με την αεροτομή (rigid-sliding mesh) . Σε όλες τις περιπτώσεις η ροή είναι στρωτή (Laminar) ενώ για την επίλυση και το στήσιμο της προσομοίωσης χρησιμοποιήθηκε η έκδοση 19.2 του λογισμικού Fluent . Σαν κεντρικό σημείο αναφοράς έχει ληφθεί η έρευνα των (Kinsey & Dumas, 2006) όπου αναφέρεται πως αποδόσεις της τάξης του 30% επιτυγχάνονται όταν το πλάτος της μεταφορικής και της γωνιακής ταλάντωσης κυμαίνονται στο h=1 και θ0 =76,3°, ενώ χρησιμοποιείται και ο ίδιος τρόπος εισαγωγής της μεταφορικής ταλάντωσης .Βρέθηκαν απoδόσεις της τάξης του ≈40% για πλάτη μεταφορικής ταλάντωσης μεγαλύτερα της χορδής (h=1,4c) και γωνιακής μεγαλύτερα από τις 76,3° αλλά και ικανοποιητική ταύτιση των αποτελεσμάτων με την βιβλιογραφία. Παρατηρήθηκε πως με αύξηση του πλάτους της μεταφορικής κίνησης αυξάνεται και η απόδοση ,στις περισσότερες περιπτώσεις (και μέχρι κάποιο όριο) .Το ίδιο φαινόμενο παρατηρήθηκε και για το πλάτος της γωνιακής κίνησης. Μελετήθηκε και επαληθεύτηκε η σημαντικότητα της έκλυσης δινών από την ακμή προσβολής (LEVs) για την αύξηση της απόδοσης και ο συγχρονισμός τους με την κίνηση της πτέρυγας .Διαπιστώθηκε ,επίσης, ότι η συνεισφορά στην απαγωγή ενέργειας της μεταφορικής κίνησης είναι πολύ σημαντικότερη από εκείνη της γωνιακής .	el
heal.abstract	Inspired by the movements of aerial and sea creatures, humans started studying and adopting fluttering airfoils .That flutter could be a sinusoidal oscillation or other depending on the characteristics imposed, in order to extract energy from the flow or to produce thrust. When one is studying the energy extraction mode from the flow then the available literature dictates that for sinusoidal heaving and pitching of the airfoil the magnitude of heaving and pitching oscillations should be around 1 chord and 76.3o ,respectively .Around these values of magnitude it is found that efficiency reaches its highest ratings .In the present work we tried to study comprehensively the optimization of the magnitude of oscillations with respect to efficiency , by using a commercial CFD code for the simulation of a 2D NACA0015 (c=1) airfoil in air flow at Re=1100 and pivot point on 1/3 of the chord from the leading edge . The following cases have been investigated : i) h=1[m] , θ0 =71,3° ii) h=1[m] , θ0 =76,3° (basic case ) iii) h=1[m] , θ0 =81,3° iv) h=0,9 [m] , θ0 =76,3° v) h=1,1[m] , θ0 =76,3° vi) h=1,4[m] , θ0 =81,3° . In all cases the phase difference between the two motions is π/2 as it has been found that it is the optimum (based on literature data review) for energy extraction (and spiv=1/3) .To take into account the heaving motion of the airfoil and to avoid complex mesh generation techniques the problem was set up in a heaving reference frame .The circular mesh around the foil is rotating with it (rigid-sliding mesh) and the rest of the mesh remains un-deformed. In this manner the airfoil is pitching in a heaving reference frame. For all the cases tested here the assumption of laminar flow has been made, and the commercial CFD code Fluent v. 19.2 was used. The work of (Kinsey & Dumas, 2006) has been used as a point of reference in order to compare the predicted efficiency, as the same solution strategy was implemented .In this study efficiencies as high as 30% are reported from heaving/pitching amplitudes of 1m/76,3o .We found efficiencies reaching ≈40% for heaving amplitudes of 1,4c and pitching >76,3o which appear quite encouraging ,but also good agreement with the existing literature data was found for the other cases .It was noticed that by increasing the heaving amplitude the efficiency was also increasing (up to a certain limit) .This tendency was also noticed for the tested pitching amplitudes .The importance of LEV's (Leading Edge Vortex) was also studied and verified for its influence on increasing efficiency when occurring just before each half of the cycle (t≈7T/8 & t≈3T/8) .This behavior was also in good agreement with the reference paper used in the present study .Finally, it was also noted that the heaving motion's contribution on the energy extraction is significantly larger than the contribution of the pitching motion .	en
heal.advisorName	Μαρκάτος, Νικόλαος	el
heal.advisorName	Markatos, Nicolas	en
heal.committeeMemberName	ΡΙΖΙΩΤΗΣ, ΒΑΣΙΛΕΙΟΣ	el
heal.committeeMemberName	ΚΑΒΟΥΣΑΝΑΚΗΣ, ΜΙΧΑΛΗΣ	el
heal.committeeMemberName	ΜΠΟΥΡΗΣ, ΔΗΜΗΤΡΙΟΣ	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	78 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false