Υπολογιστική Ρευστοδυναμική
Περιγραφή Μαθήματος:
Βασική θεωρία υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. Ο ανοικτός κώδικας CFD OPENFOAM.Ροή γύρω από κατασκευές και άλλα εμπόδια, όπως π.χ. ροή αέρα γύρω από κτίρια, ροή νερού γύρω από βάθρα γεφυρών, ροή πλημμύρας γύρω από δέντρα κ.α. Μη-μόνιμη ροή σε σωλήνες, υδραυλικό πλήγμα.
- Εξάμηνο 8
- Ώρες διδασκαλίας 3
- Διδάσκοντες Αναστάσιος Στάμου (Συντονιστής) Hλίας Παπακωνσταντής Μιχαήλ Φραγκιαδάκης
Απαιτούμενες Γνώσεις
Συνιστάται στους φοιτητές να έχουν τις βασικές γνώσεις Μηχανικής Ρευστών και Εφαρμοσμένης Υδραυλικής.Κεφάλαια Μαθήματος
| # | Τίτλος | Διδακτέα Ύλη | Ώρες |
|---|---|---|---|
| 1 | Εισαγωγή | Πρακτική σημασία και εφαρμογές των μοντέλων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (Computational Fluid Dynamics). Χαρακτηριστικά και δυνατότητες κωδίκων CFD. | 1Χ3=3 |
| 2 | Βασική θεωρία υπολογιστικής ρευστοδυναμικής. | Βασικές εξισώσεις ροής και μεταφοράς- διάχυσης: από την τρισδιάσταση (3D) στη 1D μορφή τους. Επίλυση της 1D εξίσωσης μεταφοράς-διάχυσης με τη μέθοδο των διαφορικών όγκων. Σχήματα διακριτοποίησης (ανάντη διαφορών, κεντρικών διαφορών και LAX). Ρητή και πεπλεγμένη επίλυση. Θέμα 1. | 2Χ3=6 |
| 3 | Ο ανοικτός κώδικας CFD OPENFOAM | Χαρακτηριστικά και δυνατότητες του OPENFOAM. Εισαγωγή και εγκατάσταση. Συνοπτική παρουσίαση των εφαρμογών και της παραμετρικής διερεύνησής τους. | 2Χ3=6 |
| 4 | Ροή γύρω από κατασκευές και άλλα εμπόδια | Ροή γύρω από κατασκευές και άλλα εμπόδια, όπως π.χ. ροή αέρα γύρω από κτίρια, ροή νερού γύρω από βάθρα γεφυρών, ροή πλημμύρας γύρω από δέντρα κ.α. Απλή περίπτωση 1. Ροή πίσω από εμπόδιο (backward facing step). Μοντέλα τύρβης. Θέμα 2. Απλή περίπτωση 2. Ροή στην περιοχή βυθισμένου κυλίνδρου. Αστάθειες ροής. (Θέμα 3Α). Απλή περίπτωση 3. Ροή στην περιοχή στέγης ή συστάδας φωτοβολταικών πλαισίων. Υπολογισμός πιέσεων. Παρουσίαση πραγματικών περιπτώσεων ροής γύρω από κατασκευές. | 6Χ3=18 |
| 5 | Μη-μόνιμη ροή σε σωλήνες, υδραυλικό πλήγμα. | Υπολογισμός υπερπίεσης στην αντλία υδραυλικού εμβόλου (hydraulic ram) με τη μέθοδο των χαρακτηριστικών. Σύγκριση των υπολογισμών με μετρήσεις που πραγματοποιούνται σε πειραματική διάταξη του Εργαστηρίου Εφαρμοσμένης Υδραυλικής. (Θέμα 4). |
Μαθησιακοί Στόχοι
Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές θα είναι σε θέση:
- να δομούν υπολογιστικούς κώδικες σε EXCEL ή MATLAB με τους οποίους επιλύουν απλές περιπτώσεις ροής και
- να γνωρίζουν και να εφαρμόζουν τον ανοικτό κώδικα CFD OPENFOAM σε απλές περιπτώσεις προβλημάτων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής.
Μέθοδοι και Μέσα Διδασκαλίας και Μάθησης
| Μέθοδοι Διδασκαλίας | Διαλέξεις στην τάξη. Επίλυση απλών παραδειγμάτων και προβλημάτων στην τάξη. Συζήτηση περιπτώσεων εφαρμογής (case studies) στην τάξη. |
|---|---|
| Μέσα διδασκαλίας | Παρουσιάσεις στον Πίνακα. Διαφάνειες PowerPoint. Υπολογισμοί σε ΗΥ με Excel και υπολογιστικούς κώδικες. |
| Χρήση ΗΥ και προγραμμάτων | Οι φοιτητές επιλύουν στην τάξη με τη βοήθεια των διδασκόντων απλές ασκήσεις χρησιμοποιώντας κυρίως EXCEL σε ΗΥ. |
| Ασκήσεις - Εφαρμογές | ΝΑΙ |
| Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις) | Οι φοιτητές ξεκινούν στην τάξη την επεξεργασία 3 ομαδικών θεμάτων σε ομάδες των 2-4 ατόμων. Για κάθε θέμα συγγράφουν Τεχνική Έκθεση, η οποία διορθώνεται από τους διδάσκοντες και επιστρέφεται. |
| Παρουσιάσεις φοιτητών | ΝΑΙ |
Αξιολόγηση Επίδοσης
- Τελική γραπτή εξέταση: 70%
- Θέματα (εργασίες και τεχνικές εκθέσεις): 30%
Συγγράμματα - Βιβλιογραφία
- Stamou, A. (2015). ENVIRONMENTAL HYDRODYNAMIC MODELING, Notes, Technical University of Munich, December 2015.
- Stamou, A. (2014). RAPIDLY VARYING FLOWS IN HYDRAULIC ENGINEERING, Notes, Technical University of Munich, November 2014.
- Λοιπές σημειώσεις διδασκόντων που είναι ανηρτημένες στο mycources.
Διδασκαλία:
- Δευτέρα, 09:45 – 12:30,
Αίθουσες:- PC Lab Μεταφορών