Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/15395
Title: Παραμετρική ανάλυση καμπυλών και διαμήκων γεννητριών στροβιλότητας σε αγωγό ορθογωνικής διατομής με την [sic] χρήση υπολογιστικής ρευστοδυναμικής
Other Titles: Parametric analysis of curved and longitudinal vortex generators inside a duct of orthogonal cross-section, with the use of computational fluid dynamics CFD
Authors: Κωστής, Νίκος
Keywords: Καμπύλοι στροβιλιστές
Πτώση πίεσης
Keywords (translated): CFD
Curved vortex generators
Realizable k-ε
LVG
Pressure drop
Abstract: Από τα πιο καίρια θέματα που απασχολούν την σύγχρονη κοινωνία είναι η δημιουργία αποδοτικών διατάξεων, και κατ’ επέκταση πιο φιλικών προς το περιβάλλον, οι οποίες έχουν ως αποτέλεσμα την εξοικονόμηση της καταναλισκόμενης ενέργειας. Το αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η μελέτη δυο τύπων γεωμετριών οι οποίες συγκρίνονται βάση της ικανότητας τους να διαταράσσουν την ροή προκαλώντας διαμήκης στροβίλους μεγάλης έντασης και διάρκειας. Το ενδιαφέρον για τη δημιουργία στροβίλων εντός αγωγών προέρχεται από την ικανότητα τους να ενισχύουν τη μεταφορά θερμότητας. Οι γεωμετρίες που μελετώνται έχουν το πλεονέκτημα ότι δεν απαιτούν επιπρόσθετη ενέργεια από εξωτερικό παράγοντα για να διαταράξουν το ροικό πεδίο, συνεπώς με κατάλληλο σχεδιασμό που στοχεύει στην ελαχιστοποίηση της πτώσης πίεσης επιτυγχάνεται μια πολύ αποδοτική διάταξη. Με τη βοήθεια του σχεδιαστικού προγράμματος CATIA σχεδιάστηκαν εννέα συνολικά γεωμετρίες από τις οποίες οι τέσσερις ανήκουν στην ομάδα των διαμηκών στοιχείων ενώ οι υπόλοιπες αποτελούν τα καμπύλα στοιχεία. Στην συνέχεια αξιοποιώντας το υπολογιστικό πακέτο ANSYS-FLUENT που χρησιμοποιεί τη μέθοδο των πεπερασμένων όγκων αναλύθηκε το ροικό πεδίο που προκαλεί η εκάστοτε γεωμετρία. Δόθηκε μεγάλη προσοχή στην ορθή διακριτοποίηση του χώρου ροής καθώς και στην αναγνώριση των σημείων που απαιτούν πύκνωση του πλέγματος ώστε να προκύψουν αξιόπιστα και μεγάλης ακρίβειας αποτελέσματα. Το μοντέλο τύρβης που επιλέχθηκε για τη διεξαγωγή της ανάλυσης είναι το Realizable k-ε, μια απόφαση που πάρθηκε από σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ διαφορετικών μοντέλων καθώς και από το έργο άλλων ερευνητών που έχουν επικυρώσει την ορθή λειτουργία του για τη συγκεκριμένη κατηγορία προβλημάτων. Για τη σύγκριση των γεωμετριών μελετήθηκαν διαγράμματα και contour ταχυτήτων, πίεσης, έντασης στροβιλοτητας καθώς και τουσυντελεστή πίεσης Cp. Έτσι επιλέχθηκε η γεωμετρία που συνδυάζει βέλτιστα τόσο τη πρόκληση στροβίλων μεγάλης έντασης και διάρκειας ενώ ταυτόχρονα διατηρεί τη πτώση πίεσης σε χαμηλά επίπεδα. Συνοψίζοντας τα αποτελέσματα που λήφθηκαν από τη παρούσα μελέτη, είναι ενθαρρυντικά και έτσι τέθηκαν περαιτέρω στόχοι για μελλοντική ερευνά, οι κυριότεροι των οποίων είναι η δημιουργία πειραματικής διάταξης καθώς και η παρατήρηση της συμπεριφοράς των παραπάνω γεωμετριών έχοντας ως ρευστό των υγροποιημένο φυσικό αέριο LNG αντί του αέρα.
Abstract (translated): Among the most crucial matters that modern society tries to arrange is the conception of efficient and eco-friendly designs that significantly reduce the energy consumption. The present research observes the behavior of two distinct types of geometries that produce vortices. These geometries are compared by their ability to create long-lasting and powerful vortices. The importance of studying longitudinal vortices inside pipes arises from the fact that they enhance heat transfer. The main advantage of the designed geometries is the fact that they do not require additional energy from an external source to disturb the flow, thus with an appropriate design that aims to keep the pressure drop low, an efficient layout can be acquired. The geometries were designed by using the designing program CATIA. Nine geometries were produced, from which five are curved vortex generators while the rest are longitudinal. Moreover, using the simulation package ANSYS-FLUENT, which utilizes the technique of finite volumes, the flow field of each geometry is examined. Significant attention is given to the creation of the mesh and, in the identification of the areas that require extra refinement, to make sure that the obtained results are reliable and accurate. Also, different turbulence models were compared, and through a thorough examination of the available literature, the realizable k-ε model is chosen to perform the analyses. The various designs are compared by the examination of the coefficient of pressure Cp and by the pressure, velocity, and vortex contours and diagrams. The selected geometry is the one that produces intense and long-lasting vortices while it has low levels of pressure loss. Summarizing, the results are promising and show that vortex generators can aid in the formulation of efficient heat exchangers,as a consequence future research goals are established from whom the most important is the creation of an experimental set up as well as the use of liquid natural gas (LNG) instead of air.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_KOSTIS_NIKOS_1054568_final.pdf6.19 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.