Numeričke simulacije stlačivih strujanja sa slobodnom površinom

Gradinščak, Tomislav (2014) Numeričke simulacije stlačivih strujanja sa slobodnom površinom. = Numerical simulation of compressible free surface flows. Master's thesis (Bologna) , Sveučilište u Zagrebu, Fakultet strojarstva i brodogradnje, UNSPECIFIED. Mentor: Jasak, Hrvoje.

[img]
Preview
Text
10_07_2014_Gradinscak_Diplomski_rad.pdf Jezik dokumenta:English

Download (6MB) | Preview

Abstract (Croatian)

U ovom radu je prikazan novi numerički pristup za rješavanje kompresibilnih strujanja sa slobodnom površinom. Prikazan je izvod modi ciranih Navier-Stokesovih jednadžbi koje su implementirane u programski paket OpenFOAM. Kao dopunske jednadžbe korištene su izotermalna i izentropska jednadžba stanja za proračun svojstava pojedinih faza. Korišten je volumni udio kako bi se razlikovale pojedine faze. Za praćenje slobodne površine korištena je metoda VOF ("Volume of Fluid"). Također je prikazana diskretizacija jednadžbi matematičkog modela metodom kontrolnih volumena. Kako bi se izračunale primitivne varijable (volumni udio, brzina, dinamički tlak) korišten je odvojeni (eng. "segregated") algoritam koji je baziran na tlaku (eng. "pressure-based"). Odvojeni algoritam se naziva PIMPLE te je dan detaljan pregled njegove implementacije u OpenFOAM-u. Simulacije strujanja sa slobodnom površinom kod kojih se u obzir uzima kompresibilnost jedne ili više faza predstavljaju izazov za numeričko modeliranje. Podvodne eksplozije zasigurno spadaju u tu kategoriju. U tim slučajevima omjer gustoća izmeđžu plinova nakon eksplozije i okolnog fluida su tipično reda veličine O (10 ), a omjeri tlakova mogu biti jednako toliko veliki. U svrhu testiranja robustnosti rješavača u prisutnosti vrlo velikih diskontinuiteta u tlaku i gustoći bilo je potrebno provesti validacijske proračune i utvrditi njihove parametre. Ti proračuni obuhvaćaju duboku eksploziju, eksploziju pod krutom pločom i eksploziju pod slobodnom površinom. Dobiveni rezultati su usporeženi s eksperimentima odnosno drugim numeričkim simulacijama. Kako bi se rješavač dodatno provjerio odabran je slučaj ubrizgavanja tekućeg metala u zatvoreni kalup te su rezultati uspoređeni s literaturom.

Abstract

A new numerical approach for compressible flow simulations with free surface is presented in this thesis. Derivation of modifed Navier-Stokes equations which is implemented in software package OpenFOAM is carried out. Isentropic and isothermal equations of state are used as a supplementary equations to calculate properties for each phase. A volume fraction is used to distinguish between the disparate phases. VOF method is used to capture free surface. Discretization of mathematical model with finite volume method is shown. A pressure-based, segregated algorithm is used to solve for primitive variables (volume fraction, velocity, dynamic pressure). The segregated algorithm is called PIMPLE and overview of its implementation in OpenFOAM is given. Flow simulations with free surface in which the compressibility of one or more phases needs to be considered presents a challenge for numerical modelling. Underwater explosions surely belong in this category. In this cases, the density ratio between explosion gases and surrounding liquid is typically O(103), and the pressure ratio can be just as high. To test solver robustness in presence of large density and pressure discontinuities validation cases had to be solved and simulation parameters to be determined. Simulations in this work included deep underwater explosion, explosion near a plate and explosion near a free surface. The results were compared with experiments and other numerical simulations. One more example of compressible flow with free surface was simulated:liquid metal casting in closed mould. The results were compared with those found in literature.

Item Type: Thesis (Master's thesis (Bologna))
Uncontrolled Keywords: metoda kontrolnih volumena; višefazni tok; podvodne eksplozije; lijevanje metala
Keywords (Croatian): finite volume method; multiphase flow; underwater explosions; metal casting
Divisions: 500 Department of Energy, Power Engineering and Environment > 530 Chair of Turbomachinery
Date Deposited: 22 Sep 2014 18:00
Last Modified: 16 Oct 2015 12:46
URI: http://repozitorij.fsb.hr/id/eprint/2862

Actions (login required)

View Item View Item

Downloads

Downloads per month over past year

Nema podataka za dohvacanje citata