Optimization of two-phase systems with phase change in
openfoam

Παπαδόπουλος, Αναστάσιος Ραφαήλ; Papadopoulos, Anastasios Rafail

dc.contributor.author	Παπαδόπουλος, Αναστάσιος Ραφαήλ	el
dc.contributor.author	Papadopoulos, Anastasios Rafail	en
dc.date.accessioned	2024-07-08T12:10:53Z
dc.date.available	2024-07-08T12:10:53Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/59829
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27525
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Υπολογιστική Μηχανική”	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Two-phase	en
dc.subject	CFD	en
dc.subject	Phase change	en
dc.subject	Evolutionary-based optimization	en
dc.title	Optimization of two-phase systems with phase change in openfoam	el
heal.type	masterThesis
heal.classification	Μηχανική Ρευστών	el
heal.classification	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2023-10-20
heal.abstract	Η Μεταπτυχιακή αυτή Εργασία σχετίζεται με την ανάλυση και βελτιστοποίηση διφασικών ροών υπόψυκτου βρασμού με χρήση τεχνικών Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής, διαθέσιμων στο λογισμικό ανοιχτού κώδικα OpenFOAM (Open-source Field Operation And Manipulation) και του λογισμικού EASY που βασίζεται σε εξελικτικούς αλγόριθμους (ΕΑ) και αναπτύχθηκε στη Μονάδα Παράλληλης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής & Βελτιστοποίησης (ΜΠΥΡ&Β) της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου (ΕΜΠ). Περιλαμβάνει διάφορους τρόπους μοντελοποίησης ροής δύο φάσεων, διεπιφανειακά φαινόμενα, μεταφορά θερμότητας, αλλαγή φάσης και βελτιστοποίηση μορφής. Στη μελέτη χρησιμοποιούνται οι επιλύτες τύπου κλασματικού όγκου (VoF) καθώς και Euler-Euler για την ανάλυση αυτών των ροών, με ή χωρίς μεταφορά θερμότητας και αλλαγή φάσης. Οι διφασικές ροές, ειδικά αυτές που περιλαμβάνουν φαινόμενα αλλαγής φάσης, είναι διαδεδομένες σε μηχανολογικές εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των πυρηνικών αντιδραστήρων, των εναλλακτών θερμότητας και των χημικών διεργασιών. Η κατανόηση της συμπεριφοράς αυτών των ροών είναι ζωτικής σημασίας για το βέλτιστο σχεδιασμό και την ασφαλή λειτουργία τέτοιων συστημάτων. Επιπλέον, η εργασία προσφέρει πληροφορίες για την προσομοίωση και την ανάλυση των ροών υπόψυκτου βρασμού. Η έρευνα ξεκινά με μια γενική επισκόπηση των ροών δύο φάσεων, τονίζοντας τις δυνατότητες των επιλυτών κλασματικού όγκου και Euler-Euler. Οι μέθοδοι κλασματικού όγκου είναι δημοφιλείς για την ικανότητά τους να καταγράφουν με ακρίβεια τη διεπιφάνεια (το σύνορο) μεταξύ των δύο φάσεων. Από την άλλη πλευρά, οι επιλύτες Euler-Euler επιτρέπουν την ταυτόχρονη προσομοίωση πολλών φάσεων σε ένα υπολογιστικό χωρίο, καθιστώντας δυνατή τη μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ των φάσεων, καθώς και της μεταφοράς θερμότητας, επομένως θεωρούνται ως τα μοντέλα υψηλής πιστότητας, ενώ οι επιλύτες κλασματικού θεωρούνται χαμηλής πιστότητας και είναι υπολογιστικά φθηνότεροι. Στην εργασία γίνεται εφαρμογή και των δύο επιλυτών σε ροές με υπόψυκτο βρασμό, ένα φαινόμενο κατά το οποίο ένα υγρό υφίσταται βρασμό σε θερμοκρασίες κάτω από το σημείο κορεσμού του, που συναντάται συχνά σε βιομηχανικές διεργασίες. Για να ποσοτικοποιηθεί η σύνθετη διεπιφανειακή συμπεριφορά στον υπόψυκτο βρασμό, η μελέτη ενσωματώνει μια επιπλέον εξίσωση μεταφοράς, δηλαδή μια μερική διαφορική εξίσωση που ονομάζεται Εξίσωση Μεταφοράς Διεπιφάνειας, με τη λύση της οποίας υπολογίζεται η μέση διάμετρος των φυσαλίδων, η οποία επηρεάζει το φαινόμενο της μεταφοράς θερμότητας. Στη συνέχεια, επικυρώνεται η ακρίβεια του επιλύτη Euler-Euler συγκρίνοντας τα αποτελέσματα της προσομοίωσης με πειραματικές μετρήσεις. Τα πειράματα των Bartolemej και Debora χρησιμεύουν ως αναφορά για την αξιολόγηση της ακρίβειας και της αξιοπιστίας του επιλύτη με μεταφορά θερμότητας και αλλαγή φάσης. Ακόμα, διερευνώνται διάφορα μοντέλα κλεισίματος, εστιάζοντας στη μεταφορά ορμής μέσω της διεπιφάνειας. Αξιολογούνται ως προς την ικανότητά τους να καταγράφουν τις πολύπλοκες αλληλεπιδράσεις μεταξύ των φάσεων κατά τη διάρκεια του υπόψυκτου βρασμού. Επικυρώνοντας αυτά τα μοντέλα σε σχέση με πειραματικά δεδομένα, η μελέτη παρέχει πληροφορίες για τις βέλτιστες πρακτικές για τη μοντελοποίηση της διεπιφανειακής συμπεριφοράς σε ροές δύο φάσεων. Η εργασία ολοκληρώνεται παρουσιάζοντας τη βελτιστοποίηση μορφής αγωγών με θερμαινόμενα τοιχώματα. Χρησιμοποιούνται εξελικτικοί αλγόριθμοι για την αναζήτηση της βέλτιστης γεωμετρίας του αγωγού, όπου τις αξιολογήσεις υλοποιεί ένα μοντέλο κλασματικού όγκου.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.committeeMemberName	Μανωλέσος, Μαρίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	80 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false