Validacija modela turbulencije pri tranziciji iz laminarnog u turbulentno strujanje

diplomski rad

• Naslov (engleski): Validation of laminar-to-turbulent transitional flow turbulence models
• Autor: Luka Kovačić
• Mentor: Hrvoje Jasak (mentor)
• Član povjerenstva: Hrvoje Jasak (predsjednik povjerenstva)
• Član povjerenstva: Marino Grozdek (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Tea Žakula (član povjerenstva)
• Član povjerenstva: Damir Dović (član povjerenstva)
• Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj: Sveučilište u Zagrebu; Fakultet strojarstva i brodogradnje; Zagreb
• Datum i država obrane: 2020-04-10, Hrvatska
• Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana: TEHNIČKE ZNANOSTI; Strojarstvo; Procesno energetsko strojarstvo

Sažetak

Računalna dinamika fluida (RDF) grana je dinamike fluide vezana uz analizu sustava koji uključuju strujanje fluida, prijenos topline i ostale srodne fenomene, putem računalnih simulacija. RDF se temelji na numeričkom rješavanju Navier-Stokes jednadžbi koje opisuju strujanje fluida. Modeliranje turbulencije smatra se jednim od ključnih aspekata RDF-a te se kao takav desetljećima usavršava. Iako je danas moguće precizno simulirati široki niz potpuno turbulentnih industrijskih strujanja, prihvaćeni modeli turbulencije još uvijek ne omogućavaju pouzdano simuliranje tranzicijskog strujanja u industrijskoj primjeni. Postojeći tranzicijski modeli turbulencije ograničeni su na teorijsku primjenu budući da se još uvijek nalaze u fazi validacije ili razvoja. Cilj ovog rada je, 2D simuliranjem strujanja fluida oko ravne ploče te aeroprofila Eppler 387, validirati tranzicijski model trubulencije gamma-Re_theta usporedbom rezultata simulacija s onima dobro poznatog potpuno turbulentog k-Omega SST modela turbulencije te s eksperimentalnim podacima. Također je procijenjena i numerička nesigurnost rezultata, u ovisnosti o gustoći mreža, u skladu s Eca i Hoekstra. Rezultati simulacija su u većini slučajeva pokazali dobro oponašanje tranzicijskih procesa te dobro slaganje s eksperimentalnim rezultatima.

Sažetak (engleski)

Urgent generation of turbulence models for Computational Fluid Dynamics (CFD) enabled accurate simulation of fully turbulent flows in industry for decades, however, prediction accuracy for laminar-to-turbulent transitional flow lags significantly. Transitional turbulence models are still either in development or validation phase and not sufficiently mature for regular use in industrial computational fluid dynamics (CFD). In this Thesis validation of the Langtry-Menter k-Omega SST, a transitional 4 equation turbulence model is presented. The Langtry-Menter k-Omega SST, also known as the gamma-Re_theta model, is a 4 equation correlation-based transition model built strictly on local variables. Transitional turbulence model gamma-Re_theta is compared with the well known k-Omega SST model by Menter. The k-Omega SST is a 2 equation eddy-viscosity model. 2D validation is carried out for a Flat Plate geometry and the Eppler 387 airfoil geometry. Systematic mesh refinement study is performed for every geometry, with 9 meshes of different resolution. Flow quantities selected for comparison with experimental data include mean horizontal velocity profile, at three locations and skin friction coefficient for the Flat Plate geometry and pressure coefficient for Eppler 387 airfoil geometry. Furthermore, numerical uncertainty of the results, with regard to mesh density, is evaluated in accordance with Eca and Hoekstra. Simulation results for most of the 2D test cases show accurate transition behaviour and high correspondence with the experimental data.

• Ključne riječi: CFD; OpenFOAM; foam-extend; modeliranje turbulencije; k-Omega SST; gamma-Re_theta; tranzicija laminarnog u turbulentno strujanje; validacija
• Ključne riječi (engleski): CFD; OpenFOAM; foam-extend; turbulence modelling; k-Omega SST; gamma-Re_theta; turbulence transition; validation
• Jezik: engleski
• URN:NBN: urn:nbn:hr:235:676819
• Studijski program: Naziv: Strojarstvo; Vrsta studija: sveučilišni; Stupanj studija: diplomski; Akademski / stručni naziv: magistar/magistra inženjer/inženjerka strojarstva (mag. ing. mech.)
• Vrsta resursa: Tekst
• Način izrade datoteke: Izvorno digitalna
• Prava pristupa: Otvoreni pristup
• Datum i vrijeme pohrane: 2020-04-03 17:54:24