Implementation of algorithm for modeling of cavitation in marine applications using computational fluid dynamics

Αναστασόπουλος, Γεώργιος; Anastasopoulos, Georgios

dc.contributor.author	Αναστασόπουλος, Γεώργιος	el
dc.contributor.author	Anastasopoulos, Georgios	en
dc.date.accessioned	2023-01-16T10:46:58Z
dc.date.available	2023-01-16T10:46:58Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/56718
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.24416
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστομηχανική	el
dc.subject	Σπηλαίωση	el
dc.subject	Ναυτική Έλικα	el
dc.subject	Υδροτομές	el
dc.subject	Reynolds-Averaged Navier-Stokes	en
dc.subject	Cavitation	en
dc.subject	Marine Propeller	en
dc.subject	Hydrofoils	en
dc.subject	Computational Fluid Dynamics (CFD)	en
dc.title	Implementation of algorithm for modeling of cavitation in marine applications using computational fluid dynamics	en
dc.title	Ανάπτυξη αλγορίθμου για τη μοντελοποίηση της σπηλαίωσης σε ναυτικές εφαρμογές με χρήση μεθόδων υπολογιστικής ρευστομηχανικής	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Hydrodynamics	en
heal.classification	Computational Fluid Dynamics (CFD)	en
heal.classification	Naval Architecture and Marine Engineering	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2022-06-27
heal.abstract	Η σπηλαίωση είναι ένα φαινόμενο που προκαλεί μια σειρά από μη επιθυμητά αποτελέσματα σε συστήματα ναυτικής πρόωσης, όπως διάβρωση, εκπομπή θορύβου, κραδασμούς και πτώση της απόδοσης. Η εμφάνιση του φαινομένου της σπηλαίωσης σε αυτές τις ναυτικές εφαρμογές είναι δεδομένη και έτσι πρέπει να λαμβάνεται υπόψη κατά τη διαδικασία της σχεδίασης. Για τη βελ- τίωση της γνώσης περί του φαινομένου μια συνήθης πρακτική είναι η εκτέλεση πειραματικών δοκιμών, οι οποίες είναι τόσο απαιτητικές ως προς την εκτέλεσή τους όσο και περιορισμένες ως προς το εύρος πληροφοριών που μπορούν να παρέχουν σχετικά με αυτό το πολυπαραμετρικό και σύνθετο φαινόμενο. Οι πρόσφατες τεχνολογικές εξελίξεις και η σημαντική αύξηση στη δια- θέσιμη υπολογιστική ισχύ έχουν καταστήσει τις αριθμητικές προσομοιώσεις της σπηλαίωσης ως ένα πολύ χρήσιμο εργαλείο που μπορεί να συνεισφέρει σημαντικά στην κατανόηση και ικανότητα πρόβλεψης του φαινομένου και να διαδραματίσει κομβικό ρόλο στην διαδικασία σχεδίασης ενός εύρους ναυτικών εφαρμογών. Η παρούσα διπλωματική εστιάζει στην εφαρμογή μιας αριθμητικής μεθόδου για την προσομοίωση και την πρόβλεψη των αποτελεσμάτων μιας σπηλαιούμενης ροής. Για αυτόν τον σκοπό, χρησιμοποιείται ο Eulerian επιλυτής MaPFlow που λύνει τις ασταθείς εξισώσεις Reynolds-Averaged Navier-Stokes. Ο στόχος της έρευνας είναι η εισαγωγή του μοντέλου εξίσωσης μεταφοράς για τη μοντελοποίηση μεταφοράς μάζας του Kunz για την προσομοίωση σπηλαιούμενων ροών. Για την επίτευξή του, ρυθμίζονται οι παράμετροι του μοντέλου σπηλαίωσης του Kunz, το οποίο και πιστοποιείται για την περίπτωση δύο δισδιάστατων υδροτομών. Στη συνέχεια, το μοντέλο ελέγχεται ως προς την ακρίβεια των αποτελεσμάτων του για μία τρισδιάστατη υδροτομή και για μια ναυτική έλικα υπό κλίμακα. Κατανομή της πίεσης, οπτικοποίηση της σπηλαίωσης και της εξέλιξής της στο χρόνο, η μάζα του ατμού και υδροδυναμικά χαρακτηριστικά μελετώνται για την εξαγωγή συμπερασμάτων. Τα αριθμητικά ευρήματα παρουσιάζουν ιδιαίτερα καλή συμφωνία με τα πειραματικά δεδομένα για όλες τις διαφορετικές γεωμετρίες και ροές που εξετάζονται. Η προτεινόμενη ρύθμιση των συ- ντελεστών του μοντέλου σημειώνει υψηλά επίπεδα ακρίβειας και ευελιξίας στις προσομοιώσεις, αν και υπάρχουν κάποιες αποκλίσεις που αφορούν την οπτικοποίηση της σπηλαίωσης. Συγκεντρωτικά, τα αριθμητικά αποτελέσματα του επιλυτή MaPFlow είναι πολλά υποσχόμενα για την έρευνα γύρω από την ανάλυση και την πρόβλεψη του φαινομένου της σπηλαίωσης.	el
heal.abstract	Cavitation is a phenomenon with a series of negative effects for marine propulsion systems, such as erosion, noise, vibrations and performance deterioration. The occurrence of cavitation in these marine applications is certain and thus it has to be accounted for in the design process. In order to improve the understanding of the phenomenon, it is common to carry out experimental tests, which are both challenging to conduct and limited as to the information they can provide regarding this poly parametric and complex phenomenon. Recent technological advances and surge in computational power have constituted numerical simulations of cavitation a very useful tool that can aid the understanding and prediction capability of the phenomenon and play an important role in the design process of a series of marine applications. This thesis focuses on implementing a numerical methodology to simulate and predict the effects of cavitating flow. Under the present scope, the Eulerian solver MaPFlow that solves the unsteady Reynolds- Averaged Navier-Stokes equations is employed. The objective of the research is the implementation of the Kunz transport equation model for the modeling of mass transfer and the simulation of cavitating flows. To achieve this goal, the Kunz cavitation model is calibrated and validated around a set of two-dimensional hydrofoils. The tuned model is then tested on a three-dimensional hydrofoil and a model scale propeller to further evaluate its accuracy. Pressure distribution, cavitation patterns and their evolution over time, vapor fraction and hydrodynamic characteristics are studied. The numerical findings compare particularly well with the experimental data for all the different geometries and flows in consideration. The proposed cavitation model calibration documents high accuracy and flexibility, although there are some discrepancies to be found as to the produced cavitation patterns. All in all, the numerical results of the solver MaPFlow are very promising for research regarding cavitation prediction and analysis.	en
heal.advisorName	Παπαδάκης, Γεώργιος	el
heal.advisorName	Papadakis, George	en
heal.committeeMemberName	Μπελιμπασάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Λυρίδης, Δημήτριος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	104 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false