Αξιολόγηση και προσαρμογή μηχανιστικού μοντέλου υπολογισμού της διαμέτρου αναχώρησης φυσαλίδας βάσει ελαχιστοποίησης της ελεύθερης ενέργειας για την προσομοίωση πολυφασικών ροών με βρασμό σε κώδικες υπολογιστικής ρευστομηχανικής

Μπουγιούκου, Ηλιάνα; Bougioukou, Iliana

dc.contributor.author	Μπουγιούκου, Ηλιάνα	el
dc.contributor.author	Bougioukou, Iliana	en
dc.date.accessioned	2023-12-18T08:53:38Z
dc.date.available	2023-12-18T08:53:38Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/58451
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.26147
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	Subcooled flow boiling	en
dc.subject	Computational fluid dynamics	en
dc.subject	Wall boiling	en
dc.subject	Bubble departure diameter model	en
dc.subject	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
dc.subject	Μοντέλο υπολογισμού διαμέτρου αναχώρησης φυσαλίδας	el
dc.subject	Πυρηνική αφάλεια	el
dc.title	Αξιολόγηση και προσαρμογή μηχανιστικού μοντέλου υπολογισμού της διαμέτρου αναχώρησης φυσαλίδας βάσει ελαχιστοποίησης της ελεύθερης ενέργειας για την προσομοίωση πολυφασικών ροών με βρασμό σε κώδικες υπολογιστικής ρευστομηχανικής	el
dc.title	Adjustment and evaluation of a mechanistic model, based on thermodynamic equilibrium, for the calculation of the bubble lift-off diameter in CFD simulations of boiling flows	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική ρευστομηχανική	el
heal.classification	Πυρηνική τεχνολογία	el
heal.classification	Φαινόμενα μεταφοράς	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-07-13
heal.abstract	Η παρούσα διπλωματική εργασία πραγματεύεται την ανάπτυξη ενός μηχανιστικού μοντέλου υπολογισμού της διαμέτρου αναχώρησης φυσαλίδας και τη χρήση του για προσομοίωση πολυφασικών ροών με βρασμό σε κώδικες υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD). Σκοπός της εργασίας είναι η αξιολόγηση και η τροποποίηση του μοντέλου υπολογισμού της διαμέτρου αναχώρησης φυσαλίδας των Guistini et al. (2018) και η χρήση του σε λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (ANSYS Fluent), για την προσομοίωση πολυφασικών ροών με βρασμό σε κατακόρυφη ροή σε σωλήνα με θερμαινόμενα τοιχώματα. Το μηχανιστικό μοντέλο των Guistini et al. (2018) βασίζεται σε συνδυασμό της ελαχιστοποίησης της ελεύθερης ενέργειας ενός συστήματος σε θερμοδυναμική ισορροπία και στο ισοζύγιο δυνάμεων που ασκούνται στη φυσαλίδα. Αποτελείται από δύο αρχές, τη θερμοδυναμική ισορροπία κατά την αποκόλληση/ανύψωση της φυσαλίδας από την εστία πυρηνοποίησης προς την κύρια ροή, δηλαδή στην κατεύθυνση κάθετα στη ροή, και την ισορροπία δυνάμεων κατά τη διεύθυνση της ροής που καθορίζει την αναχώρηση της φυσαλίδας και την έναρξη της ολίσθησής της στο τοίχωμα. Τα κύρια πλεονεκτήματα αυτού του μοντέλου είναι ότι η σύνθεσή του είναι σχετικά απλή, και δεν απαιτεί τη χρήση παραμέτρων προσαρμογής για τον καθορισμό των δυνάμεων που ασκούνται στη φυσαλίδα και των γεωμετρικών χαρακτηριστικών της, όπως για παράδειγμα το εμβαδό βάσης της, το οποίο εξάλλου δεν μπορεί εύκολα να μετρηθεί πειραματικά. Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται επιπλέον το μοντέλο των Guistini et al. (2018) τροποποιημένο. Η συνθήκη αναχώρησης της φυσαλίδας μέσω ολίσθησής της πάνω στο τοίχωμα, αγνοείται. Το μοντέλο πλέον λαμβάνει ως διάμετρο αναχώρησης της φυσαλίδας μόνο τη διάμετρο που έχει κατά την ανύψωσή της από το τοίχωμα. Πλέον, σημασία έχει η παραβίαση της ισορροπίας δυνάμεων μόνο στον κατακόρυφο άξονα κάθετα στη ροή και όχι σε αυτόν που είναι παράλληλος με το τοίχωμα. Το μοντέλο εισήχθη στο λογισμικό υπολογιστικής ρευστοδυναμικής ANSYS Fluent μέσω udf, με την ανάπτυξη συναρτήσεων σε γλώσσα προγραμματισμού C. Η μεθοδολογία προσομοίωσης βασίζεται σε Eulerian μοντέλο πολυφασικής ροής δύο ρευστών (two-fluid model) σε συνδυασμό με το γνωστό μοντέλο διαμερισμού της ροής θερμότητας του τοιχώματος του Πολυτεχνικού Ινστιτούτου Rensselaer (RPI), (Kurul and Podowski 1990). Η επαλήθευση και η πιστοποίηση του μοντέλου και του κώδικα που αναπτύχθηκε, γίνεται με βάση πειραματικά δεδομένα των πειραμάτων DEBORA (Manon 2000; Garnier et al. 2001) και των πειραμάτων των Bartolomei και Chanturiya (1967) και των Bartolomei et al. (1982). Τα πειράματα αυτά καλύπτουν ένα ευρύ φάσμα συνθηκών και αφορούν τη ροή δύο διαφορετικών ρευστών, του διχλωροδιφθορομεθανίου (Freon-12, R12) και του νερού, αντίστοιχα, εντός σωλήνα με θερμαινόμενα τοιχώματα. Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι το μοντέλο της παρούσας εργασίας είναι επαρκές για περιπτώσεις με χαμηλή πίεση συστήματος. Για υψηλότερες πιέσεις φαίνεται ότι στο μοντέλο απαιτούνται βελτιώσεις, που ενδεχομένως πρέπει να περιλαμβάνουν συγχρόνως και τις άλλες παραμέτρους του μοντέλου για τον βρασμό στο τοίχωμα, όπως είναι η πυκνότητα των εστιών πυρηνοποίησης και η συχνότητα αναχώρησης των φυσαλίδων.	el
heal.abstract	This thesis discusses a mechanistic model for calculating the bubble departure diameter and its use for simulating multiphase boiling flows in Computational Fluid Dynamics (CFD) codes. The purpose of the work is to evaluate and modify the bubble departure diameter model of Guistini et al. (2018) and its use in ANSYS Fluent software, to simulate multiphase flows with boiling in a heated tube. The mechanistic model that was originally developed by Guistini et al. (2018) is based on a combination of, first, the minimization of the free energy of the bubble and thermodynamic equilibrium and, second, the balance of forces exerted on the bubble. It consists of two principles, the thermodynamic equilibrium at the lift-off of the bubble and the balance of forces in the direction of flow governing the departure via sliding. The main advantages of this model is that its relatively simple formulation, and that it minimizes the need for using adjustable parameters to determine the forces exerted on the bubble and its geometric characteristics, such as the bubble base area, which cannot easily be determined experimentally. In this work, the original model of Guistini et al. (2018) was also significantly modified. The condition of the bubble's departure by sliding against the wall is ignored. The model now obtains only the diameter of the bubble for the lift-off condition. In the modified model, only the force equilibrium in the axis, perpendicular to the flow is important and not the one parallel to the wall. The model was introduced into the ANSYS software via user defined function (udf) written in C. The simulation methodology is based on an Eulerian two-fluid multiphase flow model combined with the well-known heat flux partition model on the wall of the Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) (Kurul and Podowski 1990). Verification and validation of the model and the code developed are performed on the basis of comparison with an extended experimental database. More specifically, we used the DEBORA experiments (Manon 2000; Garnier et al. 2001) and the experiments of Bartolomei and Chanturiya (1967) and Bartolomei et al. (1982). These experiments cover a wide range of conditions and concern the flow of two different fluids, dichlorodifluoromethane (Freon-12, R12) and water, respectively, in a heated tube. The results show that the model of the present work performs satisfactorily for cases with low system pressure. For higher pressures, however, it seems that improvement of the predictability of the model are required, which might include the investigation of the other wall boiling components and parameter, in particular the nucleation site density and bubbles departure frequency.	en
heal.advisorName	Μητράκος, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Ρούνη, Παναγιώτα	el
heal.committeeMemberName	Πετρόπουλος, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Πυρηνικής Τεχνολογίας. Εργαστήριο Πυρηνικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	76 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false