Διερεύνηση της επίδρασης της αριθμητικά ωθούμενης (nudging) διατήρησης μορφής ανάντι οριακού στρώματος στην προσομοίωση ροής γύρω από κτήριο

Μιχαλάκη, Μαρία; Michalaki, Maria

dc.contributor.author	Μιχαλάκη, Μαρία	el
dc.contributor.author	Michalaki, Maria	en
dc.date.accessioned	2025-11-13T09:21:45Z
dc.date.available	2025-11-13T09:21:45Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/62871
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.30567
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	Ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα	el
dc.subject	Αφομοίωση δεδομένων	el
dc.subject	Nudging	en
dc.subject	Computational Fluid Dynamics	en
dc.subject	Atmospheric boundary layer	en
dc.subject	Data Assimilation	en
dc.subject	Nudging	en
dc.title	Διερεύνηση της επίδρασης της αριθμητικά ωθούμενης (nudging) διατήρησης μορφής ανάντι οριακού στρώματος στην προσομοίωση ροής γύρω από κτήριο	el
dc.title	Investigation of the effect of nudging the upstream boundary layer on the simulation of the flow past a building	en
heal.type	bachelorThesis
heal.classification	Υπολογιστική Ρευστοδυναμική	el
heal.classification	Computational Fluid Dynamics	en
heal.language	el
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2025-03-10
heal.abstract	Η Υπολογιστική Ρευστoμηχανική απoτελεί ένα αξιόπιστο εργαλείο για τη εκτίμηση χαρακτηριστικών της ροής που σε άλλες περιπτώσεις θα απαιτούσαν ακριβές και χρονοβόρες πειραματικές δοκιμές σε αεροσήραγγα, αλλά και για τη επικύρωση πειραματικών μετρήσεων. Η αριθμητική προσoμοίωση του ατμoσφαιρικού oριακού στρώματος παρoυσιάζει ιδιαίτερες προκλήσεις, με κυριότερη την επίτευξη της οριζόντιας ομοιογένειας των κατανομών που επιβάλλονται στην είσοδο, κατά μήκος του υπολογιστικού πεδίου, ένα ζήτημα που εξακολουθεί να απασχολεί την επιστημονική κοινότητα. Το nudging ανήκει στις μεθόδους αφομοίωσης δεδομένων και πρόσφατα χρησιμοποιήθηκε για την προσομοίωση ομοιογενούς ατμοσφαιρικού οριακού στρώματος σε κενό υπολογιστικό πεδίο. Η παρούσα εργασία στόχο έχει να διευρύνει την εφαρμογή της τεχνικής του nudging στη περίπτωση παρουσίας κυβικού κτηρίου εντός του υπολογιστικού πεδίου, διερευνώντας τον τρόπο με τον οποίο η τεχνική αυτή επιδρά στη διαμόρφωση της ροής πλησίον του. Η υλοποίηση πραγματοποιήθηκε μέσω υπάρχοντος υπολογιστικού εργαλείου που χρησιμοποιεί τη μεθοδολογία RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) για την επίλυση του πεδίου ροής. Η ανάλυση που έλαβε χώρα αφορούσε αρχικά την επικύρωση της μεθόδου, κάνοντας παραμετρική μελέτη για τον καθορισμό των κατάλληλων συντελεστών, που εκφράζουν το βαθμό της επίδρασης της μεθόδου στη λύση, προκειμένου για την επίτευξη οριζόντιας ομοιογένειας κατά μήκος κενού υπολογιστικού πεδίου. Δοκιμάστηκαν τέσσερις διαφορετικές προσεγγίσεις για την εφαρμογή της μεθόδου γύρω από το κτήριο. Οι δύο πρώτες αφορούσαν την εφαρμογή της μεθόδου από την είσοδο και μέχρι δύο διαφορετικές θέσεις ανάντι του κτηρίου, ενώ οι άλλες δύο, την εφαρμογή του nudging σε όλο το υπολογιστικό πεδίο, με εξαίρεση μια ημισφαιρική περιοχή που περικλείει το κτήριο, η οποία ορίστηκε βάση της έννοιας της περιοχής επίδρασης του κτηρίου (Building Influence Area - BIA). Η περιοχή αυτή αντιστοιχεί στη ζώνη όπου η ροή του ανέμου επηρεάζεται άμεσα από την παρουσία του κτηρίου. Για την υλοποίηση των προσεγγίσεων αυτών, πραγματοποιήθηκαν οι κατάλληλες τροποποιήσεις στον υπολογιστικό κώδικα, ώστε να υποστηρίξει τις διαφορετικές περιοχές εφαρμογής της μεθόδου. Η ανάλυση πραγματοποιήθηκε κάνοντας χρήση των μοντέλων τύρβης standard k - ε και rng k - ε. Τα δεδομένα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα της βάσης δεδομένων CEDVAL, που παρέχεται από το Πανεπιστήμιο του Αμβούργου, προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα της μεθόδου. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι η εφαρμογή της δύναται να βελτιώσει την αναπαράσταση της ροής γύρω από κυβικό κτήριο, προσφέροντας μια νέα προσέγγιση για τη μελέτη ροών σε αστικά περιβάλλοντα.	el
heal.abstract	Computational Fluid Mechanics is a reliable tool for the estimation of flow characteristics that in other cases would require expensive and time-consuming experimental tests in a wind tunnel, but also for validation of experimental measurements. The numerical simulation of the atmospheric boundary layer presents particular challenges, one of them being the achievement of horizontal homogeneity of the distributions imposed at the inlet along the computational domain, an issue that is still a matter of concern to the scientific community. Nudging belongs to data assimilation methods and has been recently used for the simulation of a homogeneous atmospheric boundary layer in an empty computational field. This thesis aims to further extend the application of the nudging technique to the presence of a cubic building within the computational domain, by investigating how this technique affects the flow dynamics in its vicinity. The implementation was carried out using an existing computational tool that applies the RANS (Reynolds Averaged NavierStokes) methodology to solve the flow field. The analysis initially involved the validation of the method by performing a parametric study to determine the appropriate coefficients, which express the degree of influence of the method on the solution, to achieve horizontal homogeneity through an empty computational domain. Four different approaches to applying the method around the building were attempted. The first two involved applying the method beginning at the inlet and up to two different locations upstream of the building, while the other two involved applying nudging over the entire computational domain, with the exception of a hemispherical area surrounding the building, which was defined based on the concept of the Building Influence Area (BIA). This area corresponds to the zone where the wind flow is directly affected by the presence of the building. To implement these approaches, appropriate modifications were made to the computer code to support the different areas of application of the method. The analysis was performed using the standard k - ε and rng k - ε turbulence models. The resulting data was compared with available experimental data from the CEDVAL database, provided by the University of Hamburg, in order to evaluate the effectiveness of the method. The results showed that its application can improve the representation of the flow around a cubic building, offering a new approach to study flows in urban environments	en
heal.advisorName	Μπούρης, Δημήτριος	el
heal.advisorName	Bouris, Demetri	en
heal.committeeMemberName	Αναγνωστόπουλος, Ιωάννης	el
heal.committeeMemberName	Βουτσινάς, Σπυρίδων	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Ρευστών. Εργαστήριο Τεχνολογικών Καινοτομιών Προστασίας Περιβάλλοντος	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	136 σ.	el
heal.fullTextAvailability	false