Mη γραμμικό υπολογιστικό μοντέλο για τον προσδιορισμό της ροής άντλησης σε αγωγό με κινούμενα τοιχώματα

Γιαννάκης, Ευάγγελος; Giannakis, Evangelos

dc.contributor.author	Γιαννάκης, Ευάγγελος	el
dc.contributor.author	Giannakis, Evangelos	en
dc.date.accessioned	2025-04-28T09:34:54Z
dc.date.available	2025-04-28T09:34:54Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61793
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29489
dc.rights	Default License
dc.subject	Βιορευστομηχανική	el
dc.subject	Περισταλτική άντληση	el
dc.subject	Υπολογιστική ρευστομηχανική (CFD)	el
dc.subject	Bαλβίδα πύλης	el
dc.subject	Biomechanical	en
dc.subject	Peristaltic pumping	en
dc.subject	Computational fluid dynamics	en
dc.subject	Gate valve	en
dc.subject	Αγωγός με παλλόμενα τοιχώματα	el
dc.subject	Τube with moving walls	en
dc.title	Mη γραμμικό υπολογιστικό μοντέλο για τον προσδιορισμό της ροής άντλησης σε αγωγό με κινούμενα τοιχώματα	el
dc.title	Non-linear computational model for determining the pumping flow in a tube with moving walls	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Βιορευστομηχανική	el
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2024-11-20
heal.abstract	Σκοπός της παρούσας Δ.Ε. είναι να μελετηθεί διεξοδικά το φαινόμενο της άντλησης που εμφανίζεται κατά την κίνηση ρευστού μέσω εύκαμπτων αγωγών με παλλόμενα τοιχώματα και να εκτιμηθεί η μέση παροχή που διακινείται μέσω του αγωγού. Για την επίτευξη αυτού του στόχου αναπτύσσεται ένα υπολογιστικό μοντέλο που προσομοιώνει την άντληση μέσω κυλινδρικών αγωγών με παλλόμενα τοιχώματα. Θεωρείται ότι η εγκάρσια διατομή του αγωγού εξαρτάται αρμονικά μόνο από το χρόνο και όχι από τη θέση και δίνεται από γνωστή αρμονική συνάρτηση. Για συγκεκριμένη χρονική στιγμή όλες οι εγκάρσιες διατομές του εύκαμπτου αγωγού είναι ίδιες. Το μοντέλο διέπεται από τις εξισώσεις διατήρησης της μάζας και της ορμής σε αγωγό μεταβλητής διατομής σε μια διάσταση. Η προκύπτουσα διαφορική εξίσωση λύνεται, με την βοήθεια της αριθμητικής ανάλυσης, χρησιμοποιώντας τη μέθοδο Runge Kutta 4ης τάξης. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στον τρόπο με τον οποίο υπολογίζονται οι εντοπισμένες απώλειες στην αρχή, στο τέλος και κατά μήκος του αγωγού, καθώς θεωρήθηκε ότι εξαρτώνται άμεσα από τον στιγμιαίο αριθμό Reynolds. Στα δυο άκρα του εύκαμπτου αγωγού οι εντοπισμένες απώλειες υπολογίζονται ως συστολή ή διαστολή της ροής, ενώ οι γραμμικές απώλειες υπολογίζονται μέσα από μια σύνθετη διαδικασία όπου απαιτείται αριθμητική ολοκλήρωση κατά μήκος του αγωγού καθώς η ταχύτητα της ροής μεταβάλλεται μέσα σε αυτόν. Μετά τη σύγκλιση της αριθμητικής μεθόδου, η μέση χρονικά διακινούμενη παροχή σε μια περίοδο της κίνησης των τοιχωμάτων του παλλόμενου αγωγού υπολογίζεται με τη μέθοδο αριθμητικής ολοκλήρωσης Simpson 3/8. Διαπιστώνεται ότι για να εμφανιστεί το φαινόμενο της άντλησης απαιτείται η ύπαρξη κάποιου είδους ασυμμετρίας και ότι ασυμμετρίες σταθερής μορφής έχουν μικρή επίδραση στην άντληση. Αυτό αναδεικνύεται, χρησιμοποιώντας το μοντέλο για να εξεταστεί η επίδραση της ύπαρξης μιας βαλβίδας. Συγκεκριμένα, προστίθεται μια βαλβίδα τύπου gate valve η οποία μπορεί να είναι είτε δυναμική είτε στατική και εξετάζεται αν και κατά πόσο αυξάνεται η διακινουμένη μέση χρονική παροχή του ρευστού. Η βαλβίδα και η πτώση πίεσης που προκαλεί μοντελοποιείται με δυο τρόπους: είτε θεωρώντας την βαλβίδα σαν μια στένωση μηδενικού μήκους και υπολογίζοντας τις απώλειες λόγω συστολής και διαστολής, είτε με τη χρήση εμπειρικού διαγράμματος και υπολογισμό των απωλειών από αυτό.	el
heal.abstract	The purpose of this thesis is to thoroughly study the phenomenon of peristaltic pumping that occurs during the movement of fluid through flexible pipes with pulsating walls and to estimate the average flow rate through the pipe. To achieve this goal, a computational model is developed to simulate pumping through cylindrical pipes with pulsating walls. It is assumed that the cross-sectional area of the pipe depends harmonically only on time and not on position, and is given by a known harmonic function. At any given moment, all cross-sections of the flexible pipe are identical. The model is governed by the mass and momentum conservation equations in a one dimensional pipe of variable cross-section. The resulting differential equation is solved using numerical analysis, specifically the 4th-order Runge-Kutta method. Special emphasis is placed on the calculation of localized losses at the beginning, the end, and along the length of the pipe, which depend directly on the Reynolds number. At both ends of the flexible pipe, localized losses are calculated as contractions or expansions of the flow, while linear losses are calculated through a complex process that requires numerical integration along the length of the pipe as the flow velocity varies within it. After the numerical method converges, the average flow rate over one period of the pulsating motion of the pipe walls is calculated using the Simpson 3/8 numerical integration method. It is found that the presence of some form of asymmetry is required for the phenomenon of peristaltic pumping to occur, and that fixed-form asymmetries have little impact on pumping. This is demonstrated by using the model to examine the effect of the presence of a valve. Specifically, a gate valve is added, which can be either dynamic or static, and its impact on the average flow rate of the fluid is examined. The valve and the pressure drop it causes are modeled in two ways: either by treating the valve as a zero-length constriction and calculating the losses due to contraction and expansion, or by using an empirical diagram and calculating the losses from it.	en
heal.advisorName	Manopoulos, Christos	en
heal.committeeMemberName	Manopoulos, Christos	en
heal.committeeMemberName	Riziotis, Vasilis	en
heal.committeeMemberName	Anagnostopoulos, Ioannis	en
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Βιορευστομηχανικής και Βιοϊατρικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	101 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false