Advanced study for the numerical resolution of the Navier-Stokes equations. Applications to the industrial and aerodynamic fields: Case MD2
El treball consisteix en el desenvolupament de codis en C++ per a la resolució de les equacions multidimensionals de Navier-Stokes, el que es coneix com a CFD (“Computational Fluid Dynamics”). A través de l’ús de mètodes numèrics, concretament de tècniques de volums finits i “solvers” d’equacions li...
| Autor: | |
|---|---|
| Tipo de recurso: | tesis de maestría |
| Fecha de publicación: | 2023 |
| País: | España |
| Institución: | Universitat Politècnica de Catalunya (UPC) |
| Repositorio: | UPCommons. Portal del coneixement obert de la UPC |
| Idioma: | catalán |
| OAI Identifier: | oai:upcommons.upc.edu:2117/384428 |
| Acceso en línea: | https://hdl.handle.net/2117/384428 |
| Access Level: | acceso abierto |
| Palabra clave: | Navier-Stokes equations Computational fluid dynamics Equacions de Navier-Stokes Dinàmica de fluids computacional Àrees temàtiques de la UPC::Enginyeria mecànica::Mecànica de fluids |
| Sumario: | El treball consisteix en el desenvolupament de codis en C++ per a la resolució de les equacions multidimensionals de Navier-Stokes, el que es coneix com a CFD (“Computational Fluid Dynamics”). A través de l’ús de mètodes numèrics, concretament de tècniques de volums finits i “solvers” d’equacions lineals, s’han obtingut els resultats per a una sèrie de casos d’estudi: Smith-Hutton, Lid Driven Cavity i Differentially Heated Cavity. Finalment, s’ha desenvolupat un cas propi que tracta sobre la propagació del fum originat en un incendi a l’interior d’un túnel. Al llarg del treball es desenvolupen les diferents equacions que s’utilitzaran en cada cas i es profunditza en cada un dels termes que les componen. Per altra banda, es mostra el procés de discretització temporal i espacial per a cada una de les equacions. En tots els casos estudiats, que disposen de solucions analítiques o de referència, es comparen els resultats obtinguts amb els de referència i es comprova que el codi desenvolupat té com a resultat uns valors molt pròxims als teòrics. El primer cas (Smith-Hutton) que es resol tracta sobre el transport d’una propietat en un fluid i, per resoldre’l, es fa ús de l’equació de la convecció-difusió. En aquest cas es parla tant de la resolució de l’equació com dels diferents esquemes convectius que es poden utilitzar. En el segon i el tercer cas es resolen les equacions de Navier-Stokes utilitzant el “Fractional Step Method”. En el segon cas (Lid Driven Cavity) s’analitza l’efecte que té una velocitat externa sobre un fluid que es troba contingut en un espai delimitat. En el tercer cas (Differentially Heated Cavity) s’analitza la convecció lliure a través de l’aproximació de Boussinesq i com aquesta modelitza els corrents que s’indueixen a causa dels canvis de temperatura en el fluid. En l‘últim cas s’introdueix el món de la turbulència i s’analitza com es propaga el fum en l’interior d’un recinte tancat. En aquest cas, s’analitza el model de Smagorinsky, un model de turbulència del tipus “Large Eddy Simulations”. Com que el codi desenvolupat no ha proporcionat resultats satisfactoris, s’ha fet una primera aproximació a través d’imposar un camp de velocitats conegudes i s’ha resolt l’equació de la convecció-difusió en 3D. Finalment, s’ha calculat l’impacte ambiental i el cost associat al desenvolupament del treball a través d’un pressupost |
|---|