Αριθμητική επίλυση συμπύκνωσης με χρήση σχήματος ανώτερης τάξης TVD για την προσομοίωση ροών
αερολύματος με έντονη αλλαγή φάσης

Μέγγουλης, Αλέξανδρος Αθανάσιος; Mengoulis, Alexandros Athanasios

dc.contributor.author	Μέγγουλης, Αλέξανδρος Αθανάσιος	el
dc.contributor.author	Mengoulis, Alexandros Athanasios	en
dc.date.accessioned	2023-01-13T08:43:22Z
dc.date.available	2023-01-13T08:43:22Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56665
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24363
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	Ροή αερολύματος	el
dc.subject	Αντιδραστήρας αερολύματος στρωτής ροής	el
dc.subject	Συμπύκνωση	el
dc.subject	Πυρηνοποίηση	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
dc.subject	Aerosol flow	en
dc.subject	Laminar flow aerosol generator	el
dc.subject	Condensation	el
dc.subject	Nucleation	el
dc.subject	Computational fluid dynamics	el
dc.title	Αριθμητική επίλυση συμπύκνωσης με χρήση σχήματος ανώτερης τάξης TVD για την προσομοίωση ροών αερολύματος με έντονη αλλαγή φάσης	el
dc.title	Numerical solution of condensation using a high-order TVD scheme to simulate aerosol flows with intense phase change	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Αριθμητική επίλυση ροων αερολύματος	el
heal.classification	Numerical solution of aerosol flows	en
heal.language	el
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-10-19
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την αριθμητική προσομοίωση πολυφασικών ροών αερολύματος σε πεδία όπου συνυπάρχουν έντονα φαινόμενα συμπύκνωσης και ομογενούς πυρηνοποίησης. Σκοπός της εργασίας είναι η δημιουργία υπολογιστικού κώδικα για την επίλυση της ροής του αερολύματος, και η εισαγωγή του σε λογισμικό υπολογιστικής ρευστομηχανικής (ANSYS Fluent), για την ταυτόχρονη επίλυση της ροής του φέροντος ρευστού και της σωματιδιακής φάσης. Τα συστήματα που εξετάζονται θεωρούνται μονής ζεύξης, δηλαδή το φέρον ρευστό επηρεάζει τη δυναμική της σωματιδιακής φάσης αλλά δεν συμβαίνει το αντίστροφο. Η επίλυση της ροής του φέροντος αερίου πραγματοποιείται ταυτόχρονα με την επίλυση της Γενικής Εξίσωσης της Δυναμικής του Αερολύματος (ΓΕΔΑ) και της εξίσωσης μεταφοράς του ατμού. Οι δύο τελευταίες είναι πεπλεγμένες μέσω των μηχανισμών μετατροπής της ατμώδους σε σωματιδιακή φάση (ομογενής πυρηνοποίηση, συμπύκνωση-εξάτμιση). Οι ροές που εξετάζονται χαρακτηρίζονται από ισχυρή πυρηνοποίηση και πολύ διαφορετικές χρονικές κλίμακες μεταξύ των διάφορων φυσικών διεργασιών (stiffness). Για την περιγραφή της συνάρτησης κατανομής του μεγέθους των σωματιδίων χρησιμοποιείται η τμηματική μέθοδος. Η τμηματική μέθοδος είναι επιθυμητή λόγω της γενικότητας που παρέχει στην περιγραφή της συνάρτησης κατανομής των σωματιδίων. Ωστόσο, με τη χρήση της προκύπτουν προβλήματα, τα κυριότερα εκ των οποίων είναι η αριθμητική διάχυση και η αστάθεια κατά την επίλυση της συμπύκνωσης, καθώς και το αυξημένο υπολογιστικό κόστος. Λόγων των παραπάνω, η επίλυση πολυδιάστατων ροών αερολύματος, ακόμα και με τη σημερινή υπολογιστική ισχύ, μπορεί να είναι στην πράξη εξαιρετικά δύσκολη. Στην παρούσα εργασία, δοκιμάζεται και αξιολογείται η χρήση του σχήματος ανώτερης τάξης Μείωσης της Συνολικής Διακύμανσης (Total Variation Diminishing - TVD) για την επίλυση της συμπύκνωσης. Το σχήμα αυτό, ως ανώτερης τάξης περιορίζει την αριθμητική διάχυση και έχει δοκιμαστεί για την περίπτωση της επίλυσης της συμπύκνωσης, ωστόσο, είναι η πρώτη φορά που χρησιμοποιείται για την περίπτωση ροών με έντονη σύζευξη πυρηνοποίησης-συμπύκνωσης. Η επαλήθευση και η πιστοποίηση του μοντέλου και του κώδικα που αναπτύχθηκε γίνεται με βάση αναλυτικές ή αριθμητικές λύσεις της ΓΕΔΑ στη διεθνή βιβλιογραφία. Για την αξιολόγηση της μεθόδου TVD γίνεται δισδιάστατη υπολογιστική προσομοίωση ροής ενός αντιδραστήρα αερολύματος στρωτής ροής, για πειράματα με πολύ ισχυρή σύζευξη πυρηνοποίησης-συμπύκνωσης. Η μέθοδος ενσωματώθηκε στον κώδικα υπολογιστικής ρευστομηχανικής ANSYS Fluent μέσω της ανάπτυξης συναρτήσεων γραμμένες σε γλώσσα C. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι η επίλυση με βάση το σχήμα TVD μπορεί να επιτευχθεί, αλλά με μεγάλο υπολογιστικό κόστος.	el
heal.abstract	This thesis deals with the numerical simulation of multiphase aerosol flows in fields where strong condensation and homogeneous nucleation phenomena coexist. The purpose of the work is to create a computational code for solving the aerosol flow, and to import it into computational fluid dynamics software (ANSYS Fluent), to simultaneously solve the flow of the carrier fluid and the particle phase. The systems under consideration are assumed to be one-way-coupled, i.e. the carrier fluid affects the dynamics of the particle phase but not vice versa. The solution of the carrier gas flow is performed simultaneously with the solution of the General Dynamic Equation (GDE) and the vapor transport equation. The last two are coupled through the mechanisms of conversion of the vapor to the particulate phase (homogeneous nucleation, condensation-evaporation). The considered flows are characterized by strong nucleation and very different time scales between the various physical processes (stiffness). The sectional method is used to describe the particle size distribution function. The sectional method is desirable because of the generality it provides in the description of the particle distribution function. However, problems arise with its use, the main ones being the numerical diffusion and instability during the condensation solution, as well as the increased computational cost. Because of the above, solving multidimensional aerosol flows, even with today's computing power, can be extremely difficult in practice. In the present work, the use of the higher order Total Variation Diminishing (TVD) scheme to solve condensation is tested and evaluated. This scheme, as a high order scheme, can limit the numerical diffusion and has been tested for the case of solving condensation, however, it is the first time that it is used for the case of flows with strong nucleation-condensation coupling. The verification and certification of the model and the developed code is based on analytical or numerical solutions of GDE in the international literature. To evaluate the TVD method, a two-dimensional computational flow simulation of a laminar flow aerosol reactor is performed for experiments with very strong nucleation condensation coupling. The method was incorporated into the computational fluid dynamics code ANSYS Fluent through the development of functions written in C language. The results show that the solution based on the TVD scheme can be achieved, but at a large computational cost.	en
heal.advisorName	Μητράκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μητράκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Πετρόπουλος, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Ρούνη, Παναγιώτα	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Πυρηνικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	106 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false