An implicit grid displacement method based on a rigid body motion model

Χριστιανός, Ευάγγελος; Christianos, Evangelos

dc.contributor.author	Χριστιανός, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Christianos, Evangelos	en
dc.date.accessioned	2024-05-31T09:46:19Z
dc.date.available	2024-05-31T09:46:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59598
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27294
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	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Computational Fluid Dynamics	en
dc.subject	Υπολογιστικό Πλέγμα	el
dc.subject	Computational Grid	en
dc.subject	Προσαρμοστική Παραμόρφωση	el
dc.subject	Adaptive Deformation	en
dc.subject	Rigid Body Motion	en
dc.subject	Κίνηση Απαραμόρφωτου Σώματος	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση	el
dc.subject	Optimization	en
dc.title	An implicit grid displacement method based on a rigid body motion model	en
dc.title	Πεπλεγμένη μέθοδος μετατόπισης πλέγματος βασισμένη στο μοντέλο κίνησης απαραμόρφωτου σώματος	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Computational Fluid Dynamics	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-03-01
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια παρατηρείται αυξανόμενο ενδιαφέρον στις περιοχές της βελτιστοποίησης αεροδυναμικής μορφής, της δομικής μηχανικής και της ανάλυσης χρονικά μη-μόνιμων φαινομένων. Σε αυτούς τους τομείς συχνά συναντώνται προβλήματα που χαρακτηρίζονται από μεταβαλλόμενα σύνορα, καθιστώντας τη διαδικασία προσαρμογής του υπολογιστικού πλέγματος απαραίτητη. Η διπλωματική αυτή εργασία εξετάζει την εφαρμογή της τεχνικής Κίνησης Απαραμόρφωτου Σώματος (ΚΑΣ) για την αντιμετώπιση τέτοιων προκλήσεων, μετατοπίζοντας τους κόμβους του πλέγματος σύμφωνα με τις συνθήκες στα όρια, εμπνευσμένη από τον ορισμό του απαραμόρφωτου σώματος στη φυσική. Ένα σημαντικό πλεονέκτημα αυτής της μεθόδου είναι η δυνατότητά της να διατηρεί την ποιότητα του αρχικού πλέγματος. Οι κύριες πτυχές που καλύπτονται σε αυτήν τη διπλωματική εργασία περιλαμβάνουν την παρουσίαση του θεωρητικού υποβάθρου και της μαθηματικής διατύπωσης της τεχνικής ΚΑΣ. Περιγράφονται τόσο η αποσυζευγμένη όσο και η συζευγμένη μέθοδοι για τον υπολογισμό των βέλτιστων παραμέτρων μετατόπισης των κόμβων του πλέγματος, τονίζοντας την αλληλεξάρτηση μεταξύ των κόμβων στη δεύτερη. Προτείνεται μια νέα προσέγγιση, κατά την οποία οι συζευγμένες εξισώσεις που ελέγχουν τη μετατόπιση των κόμβων λύνονται πεπλεγμένα. Επιπλέον, αναπτύσσεται μια στρατηγική γραμμικοποίησης με σκοπό τη μείωση του υπολογιστικού κόστους, σε συνδυασμό με τη μέθοδο τμηματικής μετατόπισης για την εξασφάλιση της εφικτής εφαρμογής της. Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της μεθόδου ΚΑΣ είναι ότι η διαδικασία προσδιορισμού των μετατοπίσεων των κόμβων είναι ανεξάρτητη από τη συνδεσιμότητα τους, επιτρέποντας έτσι την χρήση της σε διάφορους τύπους πλεγμάτων. Η παρούσα διπλωματική εργασία εξετάζει μια ποικιλία εφαρμογών σε διδιάστατα πλέγματα, από απλές γεωμετρικές διαμορφώσεις όπως ομόκεντρα τετράγωνα έως πιο πολύπλοκα αεροδυναμικά σώματα όπως αεροτομές και πτερυγώσεις συμπιεστών και στροβίλων. Επιπλέον, εξετάζονται σενάρια στον τριδιάστατο χώρο που αφορούν στην παραμόρφωση ενός κύβου, στην περιστροφή ενός αεροσκάφους και στην κάμψη μιας πτέρυγας. Τα αποτελέσματα αναλύονται, αποδεικνύοντας την καταλληλότητα της μεθόδου για την αντιμετώπιση τέτοιων προβλημάτων. Συνολικά, αυτή η έρευνα υπογραμμίζει την ικανότητα της μεθόδου ΚΑΣ να αντιμετωπίζει προκλήσεις στις προσομοιώσεις υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (ΥΡΔ) με μεταβαλλόμενα σύνορα, παρέχοντας μια αποδοτική και αξιόπιστη λύση για την προσαρμογή του πλέγματος. Η διπλωματική εργασία ολοκληρώνεται με μια σύνοψη των αποτελεσμάτων και προτάσεις για μελλοντική μελέτη.	el
heal.abstract	In recent years, there has been a growing interest in aerodynamic shape optimization, structural mechanics, and the transient analysis of unsteady phenomena. These fields often involve problems characterized by moving boundaries, making the adaptive grid displacement process crucial. This thesis explores the application of the Rigid Body Motion (RBM) technique on such challenges, displacing the grid nodes according to boundary deformations, drawing inspiration from physics' definition of a rigid body. A great advantage of this method is its ability to maintain the quality of the initially generated grid. Primary aspects covered in this thesis include the presentation of the theoretical background and mathematical formulation of the RBM technique. Both the decoupled and coupled methods for optimizing grid node displacements are delineated, emphasizing the interdependence among nodes in the latter. A new approach involving the implicit solution of the coupled equations governing node displacement is proposed. Furthermore, a linearization strategy is developed to reduce computational costs, along with the sub-step displacement method to ensure computational feasibility. A significant feature of the RBM method is its connectivity-agnostic nature, enabling its implementation across various grid types. The thesis considers a range of applications on two-dimensional grids, from simple geometric configurations like concentric squares, to more complex aerodynamic bodies such as airfoils and cascades. Additionally, scenarios in the three-dimensional space, including the deformation of a cube, the rotation of an aircraft, and the bending of a wing, are tested. The results are analyzed, demonstrating the method's suitability for handling such problems. Overall, this research underscores the RBM method's capacity to address challenges in computational fluid dynamics (CFD) simulations with moving boundaries, providing a cost-effective and reliable solution for adaptive grid displacement. The thesis concludes with a summary of outcomes and suggestions for future research directions.	en
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	102 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false