Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/10889/14060
Title: Υπολογιστική ανάλυση ροϊκού πεδίου και βελτιστοποίηση σχεδιασμού κυλινδρικών διατάξεων pin-fin με αυλακώσεις σε αγωγό ορθογωνικής διατομής
Other Titles: Flow field computational analysis and design optimization of cylindrical gapped pin-fin arrangements in orthogonal cross section pipe
Authors: Σαΐρογλου, Νίκη
Keywords: Τυρβώδης ροή
Συντελεστής πίεσης
Μοντέλο τύρβης k-ω SST
Keywords (translated): Pin-fin
Turbulent flow
Pressure coefficient
CFD
k-ω SST turbulence model
Abstract: Η παρούσα διπλωματική εργασία επικεντρώνεται στην διερεύνηση του βέλτιστου σχεδιασμού κυλινδρικών pin-fin με αυλακώσεις και του τρόπου διάταξης αυτών, εσωτερικά ενός αγωγού ορθογωνικής διατομής, με σκοπό τη δημιουργία δινών. Συνολικά σχεδιάστηκαν στο CATIA εννέα (9) γεωμετρίες, οι οποίες προέκυψαν από τη δημιουργία αυλακώσεων, διαφόρων γωνιών με τον χ άξονα, στο κυλινδρικό pin-fin αναφοράς. Οι προαναφερθείσες γεωμετρίες μελετήθηκαν τόσο ως μονά pin-fin εντός του αγωγού, όσο και ως μέρη διατάξεων. Οι διατάξεις είναι δύο ειδών και αποτελούνται από τρία (3) πανομοιότυπα pin-fin, τοποθετημένα εν σειρά ή κλιμακωτά αντίστοιχα. Η υπολογιστική ανάλυση πραγματοποιήθηκε με την βοήθεια του υπολογιστικού πακέτου ANSYS|FLUENT και πιο συγκεκριμένα, το ροϊκό πεδίο προσομοιώθηκε με χρήση εμπορικού κώδικα υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD). Αρχικά, ολοκληρώθηκε το πλέγμα σε κάθε γεωμετρία, το οποίο είχε αυξημένη πύκνωση στην περιοχή γύρω από τα pin-fin, όπου μελετώνται οι στροβιλισμοί. Το μοντέλο τύρβης που χρησιμοποιήθηκε είναι το k-ω SST με ενεργοποιημένη την επιλογή Low-Reynolds Correction. Για κάθε περίπτωση σχεδιασμού μελετήθηκαν διάφορες ταχύτητες εισόδου, ώστε να διερευνηθεί η επίδραση του αριθμού Reynolds στην αύξηση της διαταραχής της ροής. Μετά την ολοκλήρωση της υπολογιστικής ανάλυσης, τα διαγράμματα ταχύτητας, πίεσης και τυρβώδους κινητικής ενέργειας λήφθηκαν υπόψιν, προκειμένου να επιλεχθεί η πιο αποτελεσματική γεωμετρία pin-fin κάθε κατηγορίας (μονά, εν σειρά και κλιμακωτή διάταξη). Στο τέλος, με χρήση του Excel, τα βέλτιστα μοντέλα συγκρίθηκαν μεταξύ τους και προέκυψε ότι η εν σειρά διάταξη κυλινδρικών pin-fin με αυλακώσεις που σχηματίζουν γωνία 60ο με τον -χ άξονα, παρήγαγαν τα υψηλότερα επίπεδα τυρβώδους ροής, με σχετικά χαμηλό συντελεστή πίεσης.
Abstract (translated): This diploma thesis investigates the optimal design of cylindrical gapped pin-fin and their optimal arrangement, in an orthogonal cross section pipe, in order to vortices be formed. A total of nine (9) geometries were designed in CATIA, resulting from the creation of gaps at various angles with the x axis, in the reference cylindrical pin-fin. The above-mentioned geometries were studied both as single pin-fin within the pipeline and as parts of arrangements. The arrangements are of two types and consist of three (3) identical pin-fins, arranged in-line or staggered, respectively. The computational analysis was carried out with the aid of the ANSYS| FLUENT and more specifically, the flow field was simulated using commercial code of computational fluid dynamics (CFD). Initially, the mesh was created at each geometry, with high density in the area around the pin-fins, which is the concerned area regarding to the swirls. The K-ω SST turbulence model was used, enabling the Low-Reynolds Correction option. For each design case, various input velocities were set to investigate the effect of the Reynolds number on the augmentation of flow disturbance. After completion of the computational analysis, diagrams of velocity, pressure and turbulent kinetic energy were taken into consideration in order to be found the most efficient pin-fin geometry of each category (individual, in-line and staggered). Finally, by using Excel, the most efficient geometries were compared with each other and it emerged that in-line cylindrical pin-fin arrangement with gaps at 60 degrees angle with the -x axis, produced the highest level of turbulent flow, with relatively low pressure coefficient.
Appears in Collections:Τμήμα Μηχανολόγων και Αεροναυπηγών Μηχανικ. (ΔΕ)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Nemertes_Sairoglou(aer).pdf5.5 MBAdobe PDFView/Open


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