Turbulens áramlások modellezése nagy örvény szimulációval (LES), hálózási módszerek fejlesztése
Turbulens áramlások numerikus modellezése nagy örvény szimulációval (LES), hálózási módszerek fejlesztése
Füle Péter, MSc I. évf.
Konzulens: Hernádi Zoltán, Áramlástan Tanszék
Az áramlástani vizsgálatokban a mérések mellett vagy helyett gyakran alkalmaznak számítógépes szimulációkat. A fizikailag jól megalapozott és kísérletileg kellőképpen igazolt számítási módszerek számos előnnyel rendelkeznek, például több vagy részletesebb információt szolgáltatnak az áramlás jellemzőiről, a nehezen hozzáférhető helyeken történő költséges méréseknél gyorsabbak, költséghatékonyabbak, és lehetővé teszik az eszközeink geometriai optimalizálását is – akár anélkül, hogy a bonyolult geometriákat le kellene gyártani.
Az áramlástani szimulációk jelentős része véges térfogat módszerrel történik, amelynek során az áramlási teret véges térfogatokra, cellákra bontják. A cellák határait egy térbeli háló jelöli ki, ezért ezekben a módszerekben alapvető fontosságú, hogy miképpen hálózzuk be a vizsgálni kívánt geometriát. A hálózási technika befolyásolja az eredmények minőségét vagy részletességét, illetve a számítási igényt, mely a cellaszám növelésével nagymértékben emelkedik. [1]
A hálófelbontásnak a nagy örvény szimuláció (Large Eddy Simulation - LES) esetén kiemelkedő jelentősége van, mivel ez határozza meg, hogy melyek azok a turbulens örvények, amelyeket a háló még képes felbontani, illetve melyekre szükséges további modelleket alkalmazni. [2]
A dolgozatban bemutatom, hogy milyen hatással van a szimulációs eredményekre, ha célirányosan történik a háló sűrítése: csak ott, ahol erre valóban szükség van. Csatornaáramlás esetén például a fal közelében várható nagy változás az áramlásirányú sebességben, így itt szükséges a sűrűbb háló használata, míg a csatorna középvonalához közeledve egyre kevésbé változik a sebességprofil, tehát abban a tartományban nagyobb cellák is megfelelőek lehetnek.
A szimulációkat az OpenFOAM szoftverrel végeztem, amely tartalmazza a csatornaáramlás nagy örvény szimulációjához (LES) szükséges eszközöket. Ebben a környezetben vizsgáltam, hogy milyen hatással van az eredményekre, ha csak a fal közelében alkalmazunk sűrű hálót és a faltól távol nagyobb cellák alkalmazásával takarékoskodunk a számítógépes erőforrásokkal. A vizsgálatok között bemutatok egy- és kétlépcsős sűrítést is.
Az eredmények kiértékeléséhez egy saját fejlesztésű MATLAB kiértékelő kódot alkalmaztam, és az eredményeket egy megbízható közvetlen numerikus szimulációs (Direct Numerical Simulation - DNS) adatbázis eredményeihez hasonlítottam. Azt állapítottam meg, hogy a vizsgált hálósűrítési módszer jó közelítéssel adja vissza a szakirodalmi eredményeket, miközben jelentősen kevesebb erőforrást igényel.
[1] Ferziger, J.H.: Computational methods for fluid dynamics, 3. kiadás, Springer, Berlin (2002)
[2] Sagaut, P.: Large eddy simulation for incompressible flows, 3. kiadás, Springer, Berlin (2006)
szerző
-
Füle Péter
gépészeti modellezés
nappali (angol nyelvű)
konzulens
-
Hernádi Zoltán
Ph.D. hallgató, Áramlástan Tanszék