Naslov
Numeričke simulacije stlačivih strujanja sa slobodnom površinom
(Numerical simulation of compressible free surface flows)

Autori
Gradinščak, Tomislav

Vrsta, podvrsta i kategorija rada
Ocjenski radovi, diplomski rad, diplomski

Fakultet
Fakultet strojarstva i brodogradnje

Mjesto
Zagreb

Datum
18.07

Godina
2014

Stranica
142

Mentor
Jasak, Hrvoje

Ključne riječi
metoda kontrolnih volumena; višefazni tok; podvodne eksplozije; lijevanje metala
(finite volume method; multiphase flow; underwater explosions; metal casting)

Sažetak
U ovom radu je prikazan novi numerički pristup za rješavanje kompresibilnih strujanja sa slobodnom površinom. Prikazan je izvod modifciranih Navier-Stokesovih jednadžbi koje su implementirane u programski paket OpenFOAM. Kao dopunske jednadžbe korištene su izotermalna i izentropska jednadžba stanja za proračun svojstava pojedinih faza. Korišten je volumni udio kako bi se razlikovale pojedine faze. Za praćenje slobodne površine korištena je metoda VOF ("Volume of Fluid"). Također je prikazana diskretizacija jednadžbi matematičkog modela metodom kontrolnih volumena. Kako bi se izračunale primitivne varijable (volumni udio, brzina, dinamički tlak) korišten je odvojeni (eng. "segregated") algoritam koji je baziran na tlaku (eng. "pressure-based"). Odvojeni algoritam se naziva PIMPLE te je dan detaljan pregled njegove implementacije u OpenFOAM-u. Simulacije strujanja sa slobodnom površinom kod kojih se u obzir uzima kompresibilnost jedne ili više faza predstavljaju izazov za numeričko modeliranje. Podvodne eksplozije zasigurno spadaju u tu kategoriju. U tim slučajevima omjer gustoća izmeđžu plinova nakon eksplozije i okolnog fluida su tipično reda veličine O (10 ), a omjeri tlakova mogu biti jednako toliko veliki. U svrhu testiranja robustnosti rješavača u prisutnosti vrlo velikih diskontinuiteta u tlaku i gustoći bilo je potrebno provesti validacijske proračune i utvrditi njihove parametre. Ti proračuni obuhvaćaju duboku eksploziju, eksploziju pod krutom pločom i eksploziju pod slobodnom površinom. Dobiveni rezultati su usporeženi s eksperimentima odnosno drugim numeričkim simulacijama. Kako bi se rješavač dodatno provjerio odabran je slučaj ubrizgavanja tekućeg metala u zatvoreni kalup te su rezultati uspoređeni s literaturom.

Izvorni jezik
Hrvatski

Znanstvena područja
Strojarstvo

POVEZANOST RADA