Iskanje po katalogu digitalne knjižnice

Opis: V doktorski disertaciji predstavljamo hitro robno-območno integralsko metodo, ki smo jo uporabili za reševanje prenosnih pojavov v tekočini. Hitra robno-območna integralska metoda izhaja iz robno-območne integralske metode. Beseda hitra pove, da smo jo pospešili. Računska kompleksnost robno-območne integralske metode raste s kvadratom števila neznank. Zaradi tega hitro dosežemo zmogljivost razpoložljive računalniške opreme in smo tako omejeni na preproste primere. Z aproksimacijsko metodo zmanjšamo računsko kompleksnost robno-območne integralske metode. Uporabili smo križno aproksimacijo s hierarhično razdelitvijo matrik. Razvit algoritem smo primerjali s primeri, ki so v svetu priznani. V naših raziskavah smo rešili hitrostno-vrtinčno obliko Navier-Stokesovih enačb. Simulirali smo tok nanotekočine, ki ga žene naravna konvekcija v zaprti kotanji. Nanotekočina je zmes tekočine in delcev, ki imajo velikost nekaj nanometrov. Zapisali smo model, s katerim smo rešili tok nanotekočine, ki je vsebovala nanodelce aluminijevega oksida.
Ključne besede: robno-območna integralska metoda, $\mathcal{H}$-struktura, križna aproksimacija, nanotekočine, prenos toplote, naravna konvekcija, hitrostno-vrtinčna oblika Navier-Stokesovih enačb, računalniška dinamika tekočin
Objavljeno v DKUM: 23.12.2019; Ogledov: 1566; Prenosov: 186
Celotno besedilo (2,24 MB)

Opis: V magistrski nalogi je predstavljena simulacija toka nanotekočine v ogrevani okrogli cevi. Simulacijo smo izvedli s programom ANSYS CFX. Programu smo dodali dodatno parcialno diferencialno enačbo, v kateri so upoštevane lokalne spremembe masnega deleža zaradi Brownovega gibanja in termodifuzije. Predstavljeni so rezultati simulacije za različne obratovalne režime (masni pretok, moč gretja, povprečni masni delež nanodelcev). Rezultate smo primerjali tudi za različne vstopne profile masnega deleža nanodelcev, pri čemer smo upoštevali vpliv sedimentacije delcev. Glede na prikazane rezultate smo ugotovili, da sedimentacija vpliva na intenzivnost naravne konvekcije, kar neposredno vpliva na temperaturo ogrevane cevi.
Ključne besede: nanotekočina, nanodelci, računalniška dinamika tekočin, večfazni tok, prenos toplote, Brownovo gibanje, termodifuzija, sedimentacija, ANSYS CFX, naravna konvekcija, prisilna konvekcija
Objavljeno v DKUM: 30.08.2018; Ogledov: 1489; Prenosov: 265
Celotno besedilo (9,92 MB)

Opis: V dinamiki tekočin se srečujemo z vsemi tremi fizikalno različnimi mehanizmi prenosa toplote: difuzijo, konvekcijo in s pojavom sevanja, ki je zapleten nelinearni proces prenosa toplote in dobi pomembno vlogo pri dovolj visokih temperaturah. V delu analiziramo vpliv toplotnega sevanja na skupni prenos toplote v newtonski tekočini, ki absorbira, emitira in izotropno sipa. V sevalno semitransparentnih snoveh, npr. v neizotermnih sistemih z visokimi temperaturami, je potrebno obravnavati tekočino kot stisljivo, kjer razlike v gostoti pomembno vplivajo na oblikovanje hitrostnega in temperaturnega polja. Vpliv sevanja na skupni prenos toplote izrazimo v energijski enačbi, kjer v gostoti nekonvektivnega toplotnega toka upoštevamo poleg difuzijskega še sevalni tok. To storimo tako, da izraz za divergenco vektorja gostote sevalnega toplotnega toka vključimo v energijsko enačbo kot izvorni sevalni člen. Enačba, s katero rešujemo sevalno temperaturno polje, je integrodiferencialna in predstavlja še vedno zelo resen problem v računalniški dinamiki tekočin. Delež toplotnega sevanja računamo z dvema sevalnima modeloma, ki ju stroka priporoča za optično goste snovi: z difuzijsko in sferično harmonično aproksimacijo. V difuzijski aproksimaciji analiziramo vpliv toplotnega sevanja z Rosselandovim modelom, kjer podamo gostoto toplotnega toka v gradientni obliki s temperaturno odvisnim koeficientom sevalne prevodnosti. Koeficient sevalne toplotne prevodnosti upoštevamo v energijski enačbi kot nelinearni izvorni člen. Ker v bližini stene sipanje ni izotropno, analiziramo interakcijo sevanja z difuzno steno. Natančnost difuzijske aproksimacije izboljšamo tako, da robni pogoj na steni modificiramo z vpeljavo Robinovega sevalnega robnega pogoja. V sferični harmonični aproksimaciji analiziramo vpliv toplotnega sevanja na konvektivni prenos toplote z zahtevnejšim P_1 sevalnim modelom. V modelu izrazimo gostoto vpadnega energijskega toka na danem mestu v sevalnem polju z nelinearno nehomogeno eliptično Helmholtzovo enačbo, ki jo kot vodilno enačbo P_1 aproksimacije dodamo ohranitvenim enačbam za maso, gibalno količino in energijo. Z Marshakovim robnim pogojem rešujemo enačbo iterativno kot vezani sistem z energijsko enačbo. Reševanje Navier-Stokesovih enačb povežemo z izbiro hitrostno-vrtinčne formulacije in z numerično ločitvijo kinematike in kinetike toka od tlačnega polja. Z robno-območno integralsko metodo transformiramo parcialne diferencialne enačbe v integralske. Za utežno funkcijo izberemo Greenovo osnovno rešitev; tako z robno diskretizacijo v celoti zajamemo linearni del rešitve, medtem ko z delitvijo območja na celice upoštevamo nelinearne prispevke prenosnega pojava. Dobljeni sistem algebrajskih enačb zapišemo v matrični obliki z vektorjem vrednosti funkcije polja in normalnega odvoda na robu ter z vektorjem znanih vrednosti. Na koncu podamo rezultate testiranj pri modeliranju sevalnega toplotnega toka v sistemu Navier-Stokesovih enačb in učinkovitost robno-območne integralske metode ter pripadajoče numerične sheme. V vseh numeričnih primerih analiziramo problem skupnega prenosa toplote v zaprti kvadratni kotanji napolnjeni z zrakom, ki ga obravnavamo kot idealni plin. Hitrostno in temperaturno polje ter skupni prenos toplote izračunamo za Rayleighova števila v laminarnem režimu, rešitve pa primerjamo z objavljenimi standardnimi rezultati.
Ključne besede: računalniška dinamika tekočin, hitrostno-vrtinčna formulacija, naravna konvekcija, sevanje, prenosna sevalna enačba, robno-območna integralska metoda
Objavljeno v DKUM: 02.06.2016; Ogledov: 2345; Prenosov: 362
Celotno besedilo (10,61 MB)

Opis: V magistrski nalogi je opisan pristop k reševanju naravne konvekcije pri visokih Rayleighjevih številih. Z metodo končnih volumnov smo izvedli URANS- in LES-simulacijo. Za URANS-simulacijo je bil uporabljen SST-turbulentni model, za LES-simulacijo pa smo uporabili dinamični Smagorinsky-Lillyjev model. Ker je za izvedbo LES-simulacije potrebna velika računalniška moč, smo tridimenzionalno domeno poenostavili v dvodimenzionalno. Končni rezultati so se med sabo dobro ujemali. Med tridimenzionalno in dvodimenzionalno obravnavo so se pokazale nekatere razlike.
Ključne besede: Rayleigh-Bénardova naravna konvekcija, naravna konvekcija, turbulentna naravna konvekcija, naravna konvekcija med dvema horizontalnima stenama, računalniška dinamika tekočin, dinamika turbulentnih pojavov, numerična simulacija turbulentne Rayleigh-Bénardove naravne konvekcije, metoda končnih volumnov, nestacionarna simulacija
Objavljeno v DKUM: 28.08.2015; Ogledov: 1531; Prenosov: 314
Celotno besedilo (7,47 MB)

Opis: V doktorski disertaciji se posvečamo razvoju hibridnega LES/URANS turbulentnega modela na osnovi metode robnih elementov (MRE) za simulacijo turbulentnega toka tekočine. Za izračun toka tekočine rešujemo sistem Navier-Stokesovih enačb zapisan v hitrostno-vrtinčni formulaciji. Sistem enačb je sestavljen iz enačb kinematike vrtinčnega polja na robu in hitrostnega polja v območju, enačbe kinetike vrtinčnosti polja, energijske enačbe, ter prenosne enačbe turbulentne kinetične energije za izračun turbulentnih modelov. Za enačbo kinematike smo uporabili nefizikalno časovno shemo. Uporabili smo spojen LES/URANS hibridni turbulentni model, kjer je vmesna površina med LES in URANS območje določena s fizikalno veličino, ter je dinamično določena tekom simulacije. Za preklopni kriterij med LES in URANS območjem smo uporabili Reynoldsovo število določeno s turbulentno kinetično energijo, ter Reynoldsovo število določeno s skupno turbulentno kinetično energijo. Glavna značilnost spojenih hibridnih modelov je, da za izračun toka uporabljajo en set vodilnih enačb. LES in URANS model sta v povezavi s preklopnim kriterijem spojena v prenosni enačbi turbulentne kinetične energije. V odvisnosti od karakteristike toka, ter preklopnega kriterija, za določeno območje uporabimo pod-mrežno ali URANS efektivno viskoznost. Pod-mrežna ali URANS viskoznost je nadaljnje uporabljena v prenosni enačbi turbulentne kinetične energije, ter v vodilnih enačbah za izračun toka tekočine. V hibridnem LES/URANS turbulentnem modelu je LES model uporabljen za vrtince z največ energije, torej velike vrtince, ter URANS model za obstensko območje. Za LES in URANS model smo uporabili modela, ki temeljita na turbulentni kinetični energiji, pri čemer smo za URANS model izbrali eno-enačbeni model razvit za obstenska območja. Numerični algoritem smo najprej validirali na testnih primerih. Za validacijo vodilnih enačb toka tekočine smo uporabili testni primer direktne numerične simulacije toka v gnani kotanji, ter za validacijo energijske enačbe direktno numerično simulacijo toka naravne konvekcije pri nižjih Rayleighevih številih. Po uspešni validaciji z uporabo direktne numerične simulacije, smo razvit LES/URANS hibridni turbulentni model testirali na turbulentnem toku naravne konvekcije v kvadratni kotanji, s čimer smo potrdili pravilnost delovanja hibridnega modela.
Ključne besede: metoda robnih elementov, hibridni LES-RANS model, prenos toplote, turbulentni tok, hitrostno vrtinčen zapis, računalniška dinamika tekočin, naravna konvekcija
Objavljeno v DKUM: 11.12.2014; Ogledov: 2898; Prenosov: 346
Celotno besedilo (26,97 MB)