Υπολογιστική ανάλυση προβλημάτων φαινομένων μεταφοράς με το ανοικτού κώδικα λογισμικό Elmer

Αργυρόπουλος, Ιωάννης; Argyropoulos, Ioannis

dc.contributor.author	Αργυρόπουλος, Ιωάννης	el
dc.contributor.author	Argyropoulos, Ioannis	en
dc.date.accessioned	2025-02-14T10:59:19Z
dc.date.available	2025-02-14T10:59:19Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61111
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28807
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	Λογισμικό Elmer	el
dc.subject	Elmer	en
dc.subject	Πίδακας πυκνού ρευστού	el
dc.subject	Τυρβώδης Ροή	el
dc.subject	Μοντέλο k-epsilon	el
dc.subject	Dense jet	en
dc.subject	Turbulence	en
dc.subject	K-epsilon	en
dc.subject	FEM	en
dc.subject	Πεπερασμένα στοιχεία	el
dc.title	Υπολογιστική ανάλυση προβλημάτων φαινομένων μεταφοράς με το ανοικτού κώδικα λογισμικό Elmer	el
dc.title	Computational analysis of transport phenomena with the open-source software Elmer	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Transport Phenomena	en
heal.classification	Finite element method	en
heal.classification	Computational fluid dynamics	en
heal.classification	Φαινόμενα μεταφοράς	el
heal.classification	Υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Μέθοδος πεπερασμένων στοιχείων	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-07
heal.abstract	Στην παρούσα εργασία, επιχειρήθηκε η επίλυση ενός ρεαλιστικού προβλήματος διασποράς ρύπων, με χρήση του ελεύθερου λογισμικού Elmer, το οποίο βασίζεται στην Μέθοδο των Πεπερασμένων στοιχείων. Το πρόβλημα της διασποράς της άλμης αφαλατώσεων στη θάλασσα, προκαλεί σημαντικό επιστημονικό και νομοθετικό ενδιαφέρον, αφενός λόγω του περιβαλλοντικού αντικτύπου της διάθεσης άλμης στο θαλάσσιο οικοσύστημα, αφετέρου εξαιτίας των αυξανόμενων αναγκών σε καθαρό νερό από αφαλατώσεις. Η πλέον διαδεδομένη διάταξη απόρριψης άλμεων στη θάλασσα, αποτελείται από μία συστοιχία διαχυτήρων, που εκτοξεύουν την πυκνή άλμη με φορά προς τα πάνω. Σκοπός της εργασίας, είναι η χρήση του λογισμικού Elmer, προκειμένου να προσομοιωθεί η πορεία ενός πίδακα άλμης υψηλής πυκνότητας, κατά την έξοδό του από το στόμιο ενός διαχυτήρα. Για την επίλυση του προβλήματος, αναλύονται οι μαθηματικές εξισώσεις που το περιγράφουν. Αρχικά, αναφέρονται οι κλασικές εξισώσεις της Ρευστομηχανικής, δηλαδή οι εξισώσεις μεταφοράς ορμής (Navier-Stokes) και μεταφοράς μάζας. Στην συνέχεια, παρατίθενται στοιχεία από τη θεωρία της τύρβης, περιγράφονται οι εξισώσεις Renyolds Averaged Navier Stokes (RANS) και το μοντέλο τύρβης k-ε. Έπειτα, παρουσιάζεται η Μέθοδος Πεπερασμένων Στοιχείων, ενώ, αναφέρονται βασικά στοιχεία για το λογισμικό Elmer, τα προγράμματα που το συναποτελούν και μία ενδεικτική ροή εργασίας για τον χρήστη. Στο υπολογιστικό μέρος της εργασίας, πραγματοποιήθηκε η επίλυση μιας απλοποιημένης μορφής του προβλήματος του πίδακα σε συνθήκες στρωτής ροής. Πραγματοποιήθηκαν προσομοιώσεις για διάφορες γωνίες ρίψης και ταχύτητες εξόδου, ενώ τα αποτελέσματα συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα που παρήχθησαν από το εμπορικό λογισμικό COMSOL Multiphysics. Τέλος, επιχειρήθηκε η επίλυση του προβλήματος σε συνθήκες τυρβώδους ροής, με χρήση του μοντέλου k-ε. Η επίλυση στο Comsol κρίθηκε επιτυχής, καθώς τα αποτελέσματα συμφωνούν με τα βιβλιογραφικά δεδομένα. Αντίθετα, η προσομοίωση του προβλήματος σε συνθήκες τυρβώδους ροής στο Elmer, συνοδεύτηκε με μία σειρά από σημαντικά εμπόδια (Απουσία εγγράφων τεκμηρίωσης του κώδικα, Ο κώδικας του Elmer για τα τυρβώδη μοντέλα δεν είναι πλήρως λειτουργικός, Περιορισμένοι υπολογιστικοί πόροι) και δεν κατέστη δυνατή, στο πλαίσιο της διπλωματικής εργασίας.	el
heal.abstract	This study aims at utilizing the open-source software Elmer, which is based on the Finite Element Method, to solve a real-world pollutant dispersion problem. The subject of successful dispersion of brine originating from desalination plants, comes with great scientific and law-making interest, due to the environmental impacts of brine on the marine ecosystem, as well as the increasing needs for clean water from desalination. The typical setup of brine discharge at seawater consists of multiple diffusers, which release the dense brine in upwards direction at a high speed. The purpose of this study is to model the fate of the dense brine plume, from exiting the diffuser nozzle onwards. For the mathematical solution of the problem, the classical Fluid Mechanics equations are examined, namely, Navier-Stokes and Mass Transport Equation, followed by an introduction of the theory of turbulence, RANS equations, and the k-epsilon turbulence model. Next, the Finite Element Method is briefly described, and the Elmer Software package is presented, along with the applied workflow. In the Computational part of the thesis, we first model a simple Laminar case for the dense jet problem, while adjusting jet angle and velocity parameters. Also, the results were compared with corresponding simulations from commercial software COMSOL Multiphysics. Finally, the k-epsilon turbulence model was used to simulate the turbulent flow case of the problem. Solution with Comsol was successful, as results are consistent with literature data. In contrast, Elmer simulation of turbulence was met with difficulties (Absence of corresponding documentation, Elmer code for turbulent models is not fully robust, limited computing resources) and was not made possible for this study.	en
heal.advisorName	Kavousanakis, Michail	en
heal.committeeMemberName	Chronis, Nikos	en
heal.committeeMemberName	Kokkoris, George	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Χημικών Μηχανικών. Τομέας Ανάλυσης, Σχεδιασμού και Ανάπτυξης Διεργασιών και Συστημάτων (ΙΙ)	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	101 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false