Ενσωμάτωση γυροειδών δομών στο σχεδιασμό στατικού σναμίκτη δύο ρευστών

Κατμερίδης, Δημήτριος Ζήσης; Katmeridis, Dimitrios Zisis

dc.contributor.author	Κατμερίδης, Δημήτριος Ζήσης	el
dc.contributor.author	Katmeridis, Dimitrios Zisis	en
dc.date.accessioned	2025-02-18T10:45:05Z
dc.date.available	2025-02-18T10:45:05Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61122
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.28818
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	Στατκός Αναμίκτης	el
dc.subject	Γυροειδή	el
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Τριπλά Περιοδικές Ελάχιστες Επιφάνειες	el
dc.subject	Μέθοδος Κλάσματος Όγκου	el
dc.subject	Gyroid	en
dc.subject	Triple Periodic Minimal Surfaces	en
dc.subject	Volume of Fluid Method (VoF)	en
dc.subject	CFD	en
dc.subject	Static Mixer	en
dc.title	Ενσωμάτωση γυροειδών δομών στο σχεδιασμό στατικού σναμίκτη δύο ρευστών	el
dc.title	Incorporation of gyroid structures in the design of a static mixing device	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Computational Fluid Dynamics (CFD)	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-10-09
heal.abstract	The subject of this thesis is the study of Triply Periodic Minimal Surfaces (TPMS), focusing on the gyroid structure as a potential geometry for the design of a static mixer for two different fluids. Through a series of parametric studies, the design parameters of the gyroid structure with the greatest impact on the mixer’s performance are identified, with performance being quantified by the total pressure drop and the non-homogeneity coefficient, both to be minimized. The flow is considered laminar, and the two fluids are treated as incompressible and fully miscible, without any chemical reactions occurring between them. The flow is solved using the twoLiquidMixingFoam solver, which is based on Volume of Fluid (VoF) method of the OpenFOAM software. The diploma thesis is divided in two main categories of parametric studies. In the first category, mixers with multiple obstacles made of gyroids are analyzed, focusing on design parameters such as the number and relative position of the obstacles, as well as the thickness viii and size of the basic structural element of the gyroid. In the second category, mixers are examined where the gyroid structure extends along the entire length of the main pipe, focusing on design parameters such as the variation of the unit cell size of the gyroid (unit cell size grading) along the length of the pipe and the twisting of the geometry. The main goal of these parametric studies is to analyze and understand how the gyroid affects the flow and, consequently, the mixing of the two fluids. Through this analysis, the critical design parameters that lead to the development of a mixer with performance comparable to the industrial standards in use today are identified. This work also serves as a feasibility study for the use of gyroids in static mixers, laying the groundwork for further research and optimization of the design through the advanced methods such as shape optimization. These methods are expected to lead to more precise and efficient results, taking the complex interactions of the design parameters into account. Since, however, the relevant calculations with Computational Fluid Dynamics (CFD) codes are quite expensive, the feasibility study aims to limit the search for the optimal solution to specific, promising detection fields.	en
heal.abstract	Αντικέίμένο τής διπλωματικής έργασίας έίναι ή μέλέτή των τριπλά πέριοδικών έλάχιστων έπιφανέιών (Triple Periodic Minimum Surfaces - TPMS), έστιάζοντας στή δομή του γυροέιδούς ως πιθανής γέωμέτρίας για τον σχέδιασμό στατικού αναμίκτή δύο διαφορέτικών ρέυστών. Μέσα από μια σέιρά παραμέτρικών μέλέτών έντοπίζονται οι παράμέτροι σχέδιασμού τής δομής του γυροέιδούς μέ τήν μέγαλύτέρή έπίδρασή στήν απόδοσή του αναμίκτή, μέ αυτήν να ποσοτικοποιέίται μέ τήν πτώσή τής ολικής πίέσής και τον συντέλέστή ανομοιογένέιας στήν έξοδο του, όπου και τα δύο οφέίλουν να έλαχιστοποιήθούν. Η ροή θέωρέίται στρωτή, ένώ τα δύο ρέυστά αντιμέτωπίζονται ως ασυμπίέστα και πλήρως αναμίξιμα, χωρίς να συμβαίνουν χήμικές αντιδράσέις μέταξύ τους. Για τήν έπίλυσή τής ροής χρήσιμοποιέίται ο έπιλύτής twoLiquidMixingFoam που βασίζέται στή μέθοδο κλάσματος όγκου (Volume of Fluid Method – VoF) του λογισμικού OpenFOAM. v Η έργασία χωρίζέται σέ δύο βασικές κατήγορίές παραμέτρικών μέλέτών. Στήν πρώτή κατήγορία, αναλύονται αναμίκτές που πέριλαμβάνουν πολλαπλά έμπόδια από γυροέιδή, έστιάζοντας σέ παραμέτρους σχέδιασμού όπως ο αριθμός και ή σχέτική θέσή των έμποδίων, καθώς και το πάχος και το μέγέθος του βασικού δομικού στοιχέίου τής δομής του γυροέιδούς. Στή δέύτέρή κατήγορία, έξέτάζονται αναμίκτές όπου ή δομή του γυροέιδούς έκτέίνέται σέ όλο το μήκος του κύριου αγωγού, έστιάζοντας σέ παραμέτρους όπως ή μέταβολή του μέγέθους του βασικού δομικού στοιχέίου κατά μήκος του αγωγού και ή συστροφή τής γέωμέτρίας. Ο κύριος στόχος αυτών των παραμέτρικών μέλέτών έίναι ή ανάλυσή και κατανόήσή του τρόπου μέ τον οποίο ή δομή του γυροέιδούς έπήρέάζέι τή ροή και, κατ’ έπέκτασή, τήν ανάμιξή των δύο ρέυστών. Μέσω αυτής τής ανάλυσής, έπιδιώκέται ο έντοπισμός των κρίσιμων παραμέτρων σχέδιασμού που θα οδήγήσουν στήν ανάπτυξή αναμίκτή μέ απόδοσή έφάμιλλή των βιομήχανικών προτύπων που υπάρχουν σήμέρα. Η έργασία λέιτουργέί έπίσής ως ένας τύπος μέλέτής σκοπιμότήτας για τή χρήσή των γυροέιδών σέ στατικούς αναμίκτές, θέτοντας τή βάσή για πέραιτέρω έρέυνα και βέλτιστοποίήσή του σχέδιασμού μέσω έξέλιγμένων μέθόδων, όπως ή βέλτιστοποίήσή μορφής (shape optimization). Οι μέθοδοι αυτές αναμένέται να οδήγήσουν σέ πιο ακριβή και αποδοτικά αποτέλέσματα, λαμβάνοντας υπόψή τις σύνθέτές αλλήλέπιδράσέις των παραμέτρων σχέδιασμού. Επέιδή, όμως οι σχέτικοί υπολογισμοί μέ κώδικές Υπολογιστικής Ρέυστοδυναμικής έίναι αρκέτά ακριβοί, ή μέλέτή σκοπιμότήτας έχέι σκοπό να πέριορίσέι τήν αναζήτήσή τής βέλτιστής λύσής σέ συγκέκριμένα, πολλά υποσχόμένα, πέδία ανίχνέυσής.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος Χ.	el
heal.advisorName	Giannakoglou, Kyriakos C.	en
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.committeeMemberName	Aretakis, Nikolaos	en
heal.committeeMemberName	Mathioudakis, Konstantinos	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	86 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false