ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΑΠΟΚΟΛΛΗΣΗΣ ΡΟΗΣ ΣΕ ΑΠΟΤΟΜΗ ΔΙΕΥΡΥΝΣΗ

Abstract

Η υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD) είναι ένας κλάδος της μηχανικής των ρευστών που χρησιμοποίει αριθμητικές ανάλυση και αλγορίθμους για την επίλυση, την ανάλυση και την απεικόνιση προβλημάτων που αφορούν ρευστά. Η υπολογιστική κυματομηχανική δίνει την δυνατότητα σε επιστήμονες να εκτελούν "αριθμητικά πειράματα" σε ένα "εργαστήριο εικονικής ροής", η γνώση του τρόπου ροής των υγρών και οι επιπτώσεις τους στα στερεά με τα οποία έρχονται σε επαφή, βοήθα τους μηχανικούς να έχουν ένα άνετο και ασφαλές περιβάλλον εργασίας και να επιτύχουν τη μέγιστη απόδοση των προϊόντων τους με το ελάχιστο κόστος. Κατά κανόνα, η υπολογιστική ρευστομηχανική δεν αντικαθιστά εντελώς τις πειραματικές μετρήσεις, αλλά σε συνδυασμό με τα κατάλληλα πειράματα μπορεί να αποτελέσει ένα αποδοτικό και οικονομικό εργαλείο για την πρόβλεψη της απόκρισης του συστήματος σε ένα ευρύ φάσμα συνθηκών λειτουργιάς, οι προσομοιώσεις σε σύγκριση με τα πειράματα θα μπορούσαν να είναι φθηνότερες και γρηγορότερες, σήμερα πλέον η υπολογιστική ρευστομηχανική αποτελεί αναπόσπαστο "τμήμα" σε πολυάριθμες βιομηχανίες όπως η ναυτιλία οι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο, την βιοτεχνολογία, την αεροδιαστημική, την αυτοβιομηχανία κ.ο.κ Στην παρούσα εργασία μελετάμε με την βοήθεια της υπολογιστικής ρευστομηχανικής την ροή εντός καναλιού με απότομη διεύρυνση, γεωμετρία όπου συναντάται σε πολυάριθμες εφαρμογές ρευστών όπως επιγραμματικά θα αναφέρουμε, εναλλάκτες θερμότητας, καυστήρες απορριμμάτων, πυρηνικοί αντιδραστήρες, διαχυτήρες, συστήματα κλιματισμού, καθώς και σε συστήματα αγωγών σε βιομηχανίες(χημικών, πετρελαίου),ακόμα και σε εφαρμογές πρακτικής εφαρμοσμένης μηχανικής, όπως η επεξεργασία τροφίμων, η φαρμακευτική, η χημεία και η ιατρική. Η γεωμετρία ενός καναλιού με απότομη διεύρυνση είναι απλή και εύκολη στην κατανόηση, η ροή εντός αυτού όμως είναι αυτή που απαιτεί την προσοχή μας, η ροή εντός του καναλιού παρουσιάζει τα εξής φαινόμενα που αναφέρονται στην μηχανική των ρευστών, αποκόλληση οριακού στρώματος, ανακυκλοφορία της ροής και επανασύνδεση της ροής. Η γνώση των συνθηκών κάτω από τις οποίες παρατηρούνται αυτά τα φαινόμενα βοηθάει στην ανάπτυξη μεθόδων για την καθυστέρηση ή και την αποφυγή των ανεπιθύμητων επιπτώσεων που επιφέρουν, όπως η διαταραχή της ροής, η δημιουργία δινών και η μεγάλη απώλεια [vi] κινητικής ενέργειας. Στόχος της μελέτης της ροής εντός του καναλιού είναι η γνώση των στοιχείων που προκαλούν τα ανεπιθύμητα φαινόμενα στη ροή και η εφαρμογή μεθόδων για την αποφυγή ή και την μείωση αυτών. Στο ακόλουθο τεύχος όπου έχει χωριστεί σε κεφαλαία αναλύονται :  Πρώτο κεφάλαιο: γίνεται λεπτομερής περιγραφή της ροής σε κανάλι με απότομη διεύρυνση.  Δεύτερο κεφάλαιο: έχουν αναπτυχτεί απαραίτητες βασικές έννοιες της μηχανικής των ρευστών που θα βοηθήσουν στην κατανόηση της υπολογιστικής επίλυσης της ροής εντός του καναλιού.  Τρίτο κεφάλαιο: περιγράφονται τρόποι έλεγχου ροών.  Τέταρτο κεφάλαιο: αναλύονται οι βασικές αρχές του υπολογιστικού προγράμματος εξομοίωσης (CFD) Ansys Fluent με το όποιο πραγματοποιούνται οι υπολογιστικές αναλύσεις.  Πέμπτο κεφάλαιο: παρουσιάζεται αναλυτικά τα βήματα που ακολουθήθηκαν για την προσομοίωση της μόνιμης ροής σε κανάλι με απότομη διεύρυνση.  Έκτο κεφάλαιο: παρουσιάζεται αναλυτικά τα βήματα που ακολουθήθηκα για την προσομοίωση της ροής στο κανάλι με την ύπαρξης συνθετικού jet στην βάση του καναλιού.  Έβδομο κεφάλαιο : παρουσιάζονται τα αποτέλεσμα για την ροή στο κανάλι με και χωρίς την ύπαρξη συνθετικού jet.  Όγδοο κεφάλαιο: στο τελευταίο κεφάλαιο παρουσιάζονται τα σχόλια μας και τα συμπέρασμα για τα αποτελέσματα, αλλά και προτάσεις για βελτίωση που θα μπορούσαν να αποτελέσουν μελλοντικές μελέτες.