Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/13389
Title: Υπολογιστική μελέτη της βροχόπτωσης γύρω από την αεροτομή NACA 63-015A, για χαμηλό αριθμό Reynolds και διάφορες συνθήκες βροχόπτωσης
Other Titles: Computational simulation of rainfall over a NACA 63-015A airfoil for low Reynolds number and various rainfall conditions
Authors: Μάνθος, Θεοφάνης
Keywords: Αεροτομή
Άνωση
Αντίσταση
Keywords (translated): Airfoil
Lift
Drag
Abstract: Στην παρούσα Διπλωματική Εργασία γίνεται υπολογιστική μελέτη της βροχόπτωσης γύρω από την αεροτομή NACA 63-015A, για χαμηλό αριθμό Reynolds και διάφορες συνθήκες βροχόπτωσης. Αρχικά, γίνεται αναφορά, στην ανάγκη χρήσης ανανεώσιμων πηγών ενέργειας για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών, στο αιολικό δυναμικό της Ελλάδας, στην εκμετάλλευση του με την χρήση ανεμοκινητήρων και γίνεται μία μικρή βιβλιογραφική ανασκόπηση. Το πρώτο κεφάλαιο αναφέρεται στην αιολική ενέργεια και στους ανεμοκινητήρες οι οποίοι χωρίζονται σε οριζόντιου και κατακόρυφου άξονα. Καταγράφονται οι ορισμοί του συντελεστή ισχύος και των χαρακτηριστικών τιμών των ταχυτήτων και περιγράφεται ο θεωρητικός υπολογισμός του αιολικού δυναμικού. Το δεύτερο κεφάλαιο αναφέρεται στην βασική αεροδυναμική όπου καταγράφονται τα αεροδυναμικά μεγέθη. Στην συνέχεια γίνεται αναφορά στις αεροτομές, στα βασικά τους γεωμετρικά χαρακτηριστικά, στην τυποποίηση των αεροτομών και πιο αναλυτικά των σειρών NACA και στην τυποποίηση της NACA 63-015A. Επιπλέον, σχολιάζεται η αεροδυναμική τους, δηλαδή ο συντελεστής άνωσης σε ιδεώδη και πραγματική ροή και γίνεται αναφορά στους αδιάστατους συντελεστές και στις δυνάμεις που τους ασκούνται. Στο τρίτο κεφάλαιο περιγράφονται, η διφασική ροή και τα μοντέλα της και καταγράφονται οι μηχανισμοί επίδρασης της βροχόπτωσης στην αεροδυναμική της αεροτομής, ενώ στο τέταρτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στην θεωρία του οριακού στρώματος. Στο πέμπτο κεφάλαιο γίνεται εισαγωγή στην υπολογιστική ρευστοδυναμική. Αρχικά παρουσιάζονται τα πιο σημαντικά μοντέλα τύρβης του Fluent. Στη συνέχεια παρουσιάζεται το υπολογιστικό πλέγμα γύρω από την αεροτομή NACA 63-015A και αναφέρονται οι δύο διαφορετικές προσεγγίσεις για τη μοντελοποίηση των πολυφασικών ροών, που είναι η Euler-Lagrange και η Euler-Euler, το μοντέλο Discrete Phase Model (DPM) για την μοντελοποίηση των σταγονιδίων και το μοντέλο Taylor Analogy Breakup (TAB) για την διάσπασή τους. Στο έκτο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα αποτελέσματα της υπολογιστικής μελέτης. Πρώτα μελετήθηκε η μονοφασική ροή αέρα γύρω από την αεροτομή τύπου NACA 63-015A, για γωνίες προσβολής 0˚, ±3˚, ±5˚, ±9˚, 12˚, 14˚και 16˚ και για αριθμό Reynolds Re=106, με μοντέλο τύρβης το Realizable k-ε και στην συνέχεια η διφασική ροή αέρα-νερού για τις ίδιες γωνίες προσβολής, αριθμό Reynolds και μοντέλο τύρβης, για περιεκτικότητες νερού LWC=30,45,60 g/m3 (Liquid Water Content). Παρατηρήθηκε ότι η εισαγωγή σταγονιδίων στην ροή επηρεάζει αρνητικά την αεροδυναμική συμπεριφορά της, δηλαδή μειώνεται ο συντελεστή άνωσης και αυξάνεται ο συντελεστή αντίστασης. Τέλος, στο έβδομο κεφάλαιο καταγράφονται τα συμπεράσματα της μελέτης.
Abstract (translated): This thesis aims to present a computational simulation of rainfall over a NACA 63-015A airfoil at low Reynolds numbers and various rainfall conditions. Firstly, the need for the use of renewable energy sources for meeting energy needs in Greece’s wind power is described. A point is made about the wind power exploitation with the use of wind turbines. A brief literature review is also presented. The first chapter refers to wind power and wind turbines, which are divided into horizontal and vertical axis turbines. The concepts of power factor and typical speed values are clarified, and the theoretical calculation of wind power is described. The second chapter refers to basic aerodynamics, where aerodynamic sizes are being recorded. What is more, airfoils and their basic geometric characteristics as well as airfoil standardization, and more specifically the standardization of NACA series and NACA 63-015A, are being described. Furthermore, there are comments on their aerodynamic performance, i.e. the lift coefficient at ideal and real flow and on the non-dimensional coefficients, and the forces exerted to them. The third chapter deals with two-phase flow models as well as rainfall effect mechanisms on the aerodynamic performance of the airfoil, while the next chapter focuses on the boundary layer theory. The fifth chapter is an introduction on the computational fluid dynamics. Firstly, the most popular Fluent turbulence models are presented along with the computational mesh in NACA 63-015A airfoil. The two different multi-phase flow modeling approaches (Euler-Lagrange and Euler-Euler) as well as the Discrete Phase Model (DPM) for droplets modelling and the Taylor Analogy Breakup (TAB) for their breaking are also being described. The results of the computational simulation are presented in chapter six. At first, a simulation of monophasic air flow over NACA 63-015A with angle of attack 0˚, ±3˚, ±5˚, ±9˚, 12˚, 14˚and 16˚, Reynolds number Re=106 and with the use of Realizable k-ε as turbulence model was conducted. Then, a simulation of two-phase air-water flow with the same angles of attack, Reynolds number and turbulence model, for Liquid Water Content LWC=30,45,60 g/m3 was conducted. It has been observed that the insert of droplets in the flow has a negative effect on the aerodynamic behavior of the airfoil; the lift coefficient is reduced and the drag coefficient is increased. Finally, the last chapter presents the conclusions of the study.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
DT_M_ΜΑΝΘΟΣ_ΘΕΟΦΑΝΗΣ_246976.pdf7.18 MBAdobe PDFView/Open


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