h-Refinement of tetrahedral element meshes. Software programming and CFD applications

Χονδρουδάκης, Δημήτριος; Chondroudakis, Dimitrios

dc.contributor.author	Χονδρουδάκης, Δημήτριος	el
dc.contributor.author	Chondroudakis, Dimitrios	en
dc.date.accessioned	2025-05-26T10:25:48Z
dc.date.available	2025-05-26T10:25:48Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/61955
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.29651
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	Μηχανική Ρευστών	el
dc.subject	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
dc.subject	Εμπλουτισμός Πλέγματος	el
dc.subject	Υπολογιστική Μηχανική	el
dc.subject	Μη-Δομημένο Πλέγμα	el
dc.subject	Fluid Mechanics	en
dc.subject	Computational Fluid Dynamics	en
dc.subject	Mesh Refinement	en
dc.subject	Computational Mechanics	en
dc.subject	Unstructured Mesh	en
dc.title	h-Refinement of tetrahedral element meshes. Software programming and CFD applications	en
dc.title	h-εμπλουτισμός πλεγμάτων τετραεδρικών στοιχείων. Προγραμματισμός λογισμικού και εφαρμογές στην υπολογιστική ρευστοδυναμική	el
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-02-10
heal.abstract	Over the past few decades, Computational Fluid Dynamics (CFD) has experienced a significant growth across various fields, in both industrial and research applications. This rise is mainly driven by the continuous increase in computational power of modern systems. With this, the demand for more complex and large-scaled simulations has also risen. These simulations’ increased computational cost emerge from the need of very fine meshes. To address this problem, mesh adaptation methods have emerged. These methods aim to solve this problem by dynamically refining the mesh in regions where high solution accuracy is necessary. This diploma thesis explores the theory and practical application of mesh adaptation, particularly the h-refinement, when applied to tetrahedral element meshes. The principles governing the refinement of tetrahedral meshes are established, along with the criteria used to identify regions requiring higher resolution. An algorithm that incorporates these principles with an emphasis on efficient data and memory management is detailed. In order to apply the proposed algorithm to actual CFD aplications, a dedicated software tool is developed in the C++ programming language. This software is designed to integrate with PUMA, the in-house GPU accelerated flow analysis software of the PCOpt Unit/NTUA, which is used for all CFD simulations performed in this thesis. Using this software, the presented refinement algorithm is applied to two common CFD benchmark problems in order to validate and showcase its efficiency. The first case involves an internal aerodynamic problem, specifically the flow inside a channel with a small bump. Two variants of this problem are examined; one with a iii symmetrical bump and one with an added peak on its surface in order to introduce 3D features to the flow. The second case involves an external aerodynamic problem, particularly the flow around a sphere. This study also includes two variants with different freestream Mach numbers and is inspired by a similar study that examines the transient version of the flow without mesh refinement. The results of these simulations are presented and compared with the findings of then reference study. In every simulation that was performed, the flow is transonic and is followed by the formation of a shock wave. The algorithm concentrated the refinement of the given mesh on the region of the shock.	en
heal.abstract	Τα τελευταία χρόνια, η Υπολογιστική Ρευστοδυναμική (ΥΡΔ) έχει γνωρίσει σημαν- τική ανάπτυξη σε διάφορους τομέις, τόσο σε βιομηχανικές εφαρμογές όσο και στον τομέα της έρευνας. Η ανάπτυξη αυτή οφείλεται κυριώς στη συνεχή εξέλιξη των μον- τέρνων υπολογιστικών συστημάτων. Η ανάπτυξη αυτή συνοδεύεται και από αύξηση της ζήτησης σε πιο σύνθετες και μεγάλες προσομοιώσεις. Τα προβλήματα αυτά συνοδεύον- ται από επιπλέον αυξημένο υπολογιστικό κόστος λόγω της ανάγκης πλεγμάτων υψηλής ποιότητας για την πραγματοποίησή τους. Για την αντιμετώπιση του προβλήματος αυ- τού αναπτύχθηκαν διάφορες μέθοδοι προσαρμογής πλεγμάτων. Οι μέθοδοι αυτοί, στο- χεύουν στην πύκνωνση του πλέγματος μόνο σε περιοχές όπου απαιτείται υψηλή ακρίβεια λύσης. Αυτή η διπλωματική εργασία ασχολείται με θεωρία και εφαρμογές της προσαρ- μογής πλεγμάτων στην υπό εξέλιξη λύση, συγκεκριμένα του h-εμπλουτισμού, όπως αυτός εφαρμόζεται σε πλέγματα τετραεδρικών στοιχείων. Διατυπώνονται οι βασικές αρχές του εμπλουτισμού στα τετράεδρα μαζί με τα κριτήρια ανίχνευσης των περιο- χών του πλέγματος στις οποίες εφαρμόζονται. Επίσης διατυπώνεται ένας αλγόριθμος που εφαρμόζει την θεωρία αυτή, με έμφαση στην αποδοτική διαχείριση μνήμης και δεδομένων. Προκειμένου ο αλγόριθμός αυτός να δοκιμαστεί σε εφαρμογές ΥΡΔ, προγραμματίστηκε ένα λογισμικό στη γλώσσα προγραμματισμού C++. Το λογισμικό αυτό σχεδιάστηκε προκειμένου να συνεργάζεται εξωτερικά με το λογισμικό επίλυσης ροών PUMA της ΜΠΥΡΔ&Β του ΕΜΠ, το οποίο χρησιμοποιείται και σε όλες τις προσομοιώσεις που v πραγματοποιήθηκαν σε αυτή την εργασία. Χρησιμοποιώντας το λογισμικό που προγραμματίστηκε, εφαρμόζεται ο αλγόριθμος προσαρμογής σε δύο χαρακτηριστικά προβλήματα αναφοράς προκειμένου να αποτιμηθεί η λειτουργία του και η αποδοτικότητά του. Η πρώτη περίπτωση που εξετάζεται αφορά ένα πρόβλημα εσωτερικής αεροδυναμικής, συγκεκριμένα τη ροή εντός ενός καναλιού με ένα εμπόδιο. Εξετάζονται δύο παραλλαγές του προβλήματος: μια με ένα συμμετρικό εμπόδιο και μια με μια κορυφή στην επιφάνεια του εμποδίου με στόχο τη εισαγωγή 3Δ χαρακτηριστικών στη ροή. Η δεύτερη περίπτωση αφορά ένα πρόβλημα εξωτερικής αεροδυναμικής και συγκεκριμένα τη ροή γύρω από μια σφαίρα. Η μελέτη αυτή περιλ- αμβάνει επίσης δύο παραλλαγές, με διαφορετικούς αριθμούς Mach της επ΄ άπειρο ροής και βασίζεται σε μια αντίστοιχη μελέτη της μη-μόνιμης εκδοχής του προβλήματος. Τα αποτελέσματα αυτών των προσομοιώσεων παρουσιάζονται και συγκρίνονται με αυτή της προϋπάρχουσας μελέτης. Σε όλες τις προσομοιώσεις που πραγματοποιήθηκαν, η ροή είναι διηχητική και συνοδεύεται από τον σχηματισμό ενός κρουστικού κύματος στο οποίο ο αλγόριθμος εστίασε τον εμπλουτισμό του εκάστοτε πλέγματος.	el
heal.advisorName	Γιαννάκογλου, Κυριάκος	el
heal.committeeMemberName	Μαθιουδάκης, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Αρετάκης, Νικόλαος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Βιορευστομηχανικής και Βιοϊατρικής Τεχνολογίας	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	93 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false