Adaptive mesh refinement for incompressible flow simulations

Damanakis, Iosif; Δαμανάκης, Ιωσήφ

dc.contributor.author	Damanakis, Iosif	en
dc.contributor.author	Δαμανάκης, Ιωσήφ	el
dc.date.accessioned	2024-09-09T08:38:09Z
dc.date.available	2024-09-09T08:38:09Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/60164
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.27860
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	Προσαρμοστική Πύκνωση Πλέγματος	el
dc.subject	Μη δομημένα πλέγματα	el
dc.subject	Μέθοδος Πεπερασμένων Όγκων	el
dc.subject	Διφασικές ροές	el
dc.subject	Computational Fluid Dynamics	en
dc.subject	Adaptive Mesh Refinement	en
dc.subject	Unstructured meshes	en
dc.subject	Finite Volume Method	en
dc.subject	Two-phase flows	en
dc.title	Adaptive mesh refinement for incompressible flow simulations	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Computational Fluid Dynamics	en
heal.language	en
heal.access	campus
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-07-03
heal.abstract	This study concerns the development of an Adaptive Mesh Refinement algorithm for the simulation of incompressible fluid flows, with a focus on two-phase flows. The algorithm was implemented in MaPFlow, the division’s CFD code, which solves the RANS equations using the Finite Volume Method. For two-phase flows the Volume of Fluid Method is employed, while the incompressibility condition is enforced using the Artificial Compressibility Method. The algorithm has been developed for the simulation of two-dimensional flows using three-dimensional meshes, allowing for its expansion to handle fully three-dimensional flows with minor modifications. Grid adaptation is achieved by dividing (refining) and unifying (coarsening) computational cells. Information is stored using a quad-tree-like data structure. Selection of cells for refinement or coarsening is based on computational criteria containing spatial derivatives of the variables of interest. For phenomena within a single fluid phase the velocity or pressure gradients are used, while the volume fraction gradient is employed for the free surface. The calculation of these criteria is independent to the other processes, allowing for their easy exchange and their combination. A variety of different test cases are presented, in order to both validate the algorithm and evaluate the computational gains offered.	en
heal.abstract	Στην παρούσα εργασία παρουσιάζεται ένας αλγόριθμος Προσαρμοστικής Πύκνωσης Πλέγματος για την προσομοίωση ροής ασυμπίεστων ρευστών, με έμφαση στις διφασικές ροές. Ο αλγόριθμος υλοποιήθηκε στο MaPFlow, το πρόγραμμα CFD του τομέα, το οποίο επιλύει τις εξισώσεις RANS με τη Μέθοδο Πεπερασμένων Όγκων. Για διφασικές ροές επιστρατεύεται η Μέθοδος Κλασματικού Όγκου, ενώ η ασυμπιεστότητα επιβάλλεται μέσω της Μεθόδου της Τεχνητής Συμπιεστότητας. Ο κώδικας έχει αναπτυχθεί για την προσομοίωση δισδιάστατων ροών χρησιμοποιώντας τρισδιάστατα μη-δομημένα πλέγματα, προσφέροντας έτσι τη δυνατότητα επέκτασης σε τρισδιάστατες ροές με μικρές τροποποιήσεις. Η προσαρμογή του πλέγματος πραγματοποιείται μέσω της διαίρεσης (πύκνωση) και της ενοποίησης (αραίωση) υπολογιστικών κελιών. Η πληροφορία αποθηκεύεται χρησιμοποιώντας μια δενδρική δομή δεδομένων. Η επιλογή των κελιών προς πύκνωση ή αραίωση βασίζεται σε υπολογιστικά κριτήρια τα οποία εμπεριέχουν τις χωρικές παραγώγους των μεταβλητών ενδιαφέροντος. Για φαινόμενα εντός μιας φάσης ρευστού χρησιμοποιούνται οι κλίσεις της ταχύτητας ή της πίεσης, ενώ οι κλίσεις του κλάσματος όγκου επι- στρατεύονται για την ελεύθερη επιφάνεια. Ο υπολογισμός των κριτηρίων είναι ανεξάρτητος από τις λοιπές διεργασίες, επιτρέποντας την εύκολη εναλλαγή τους και το συνδυασμό τους. Παρουσιάζεται η μελέτη διαφόρων προβλημάτων, αφενός για να επαληθευτεί η εγκυρότητα του αλγορίθμου, και αφετέρου για να ποσοτικοποιηθεί το υπολογιστικό κέρδος που προσφέρεται.	el
heal.advisorName	Papadakis, George	en
heal.committeeMemberName	Angelou, Manolis	en
heal.committeeMemberName	Papadopoulos, Christos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Ναυπηγών Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ναυτικής και Θαλάσσιας Υδροδυναμικής	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	58 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false