Εφαρμογή τεχνικών αριθμητικής ανάλυσης για τη λύση της ροϊκής συνάρτησης και ανάπτυξη απλών υπολογιστικών κωδίκων για απεικόνιση ροϊκών πεδίων

• Κύριος συγγραφέας: Ταμπάκης, Ανδρέας Ίων
• Άλλοι συγγραφείς: Tampakis, Andreas Ion
• Γλώσσα: Greek
• Έκδοση: 2022
• Θέματα: Υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD); Ροή ρύπων; Αριθμητικές μέθοδοι; Μέθοδος πεπερασμένων διαφορών; Computational fluid dynamics (CFD); Pollutants flow; Numerical methods; Finite difference method

Σε αυτή την εργασία έγινε υπολογιστική και θεωρητική μελέτη ρευστομηχανικής. Στο πρώτο κεφάλαιο έγινε μια εισαγωγή στις εξισώσεις που περιγράφουν την ροή ρευστών. Δίνονται αποδείξεις για τις εξισώσεις ενέργειας, ορμής και την εξίσωση συνέχειας σε διατηρητική και μη διατηρητική μορφή. Επίσης γίνεται ανάλυση στη σημαντικότητα των συνοριακών συνθηκών και στην κατηγοριοποίηση των μερικών διαφορικών εξισώσεων ανάλογα με τα φυσικά φαινόμενα που περιγράφουν. Στο δεύτερο κεφάλαιο, έγινε ανάλυση της μεθόδου πεπερασμένων διαφορών και της μεθόδου πεπερασμένου όγκου. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στην περιγραφή της αστρόβιλης, ασυμπίεστης και χωρίς ιξώδες ροής η οποία περιγράφεται από την εξίσωση Laplace. Στο τρίτο κεφάλαιο γίνονται όλες οι υπολογιστικές εφαρμογές. Κατασκευάστηκαν διάφορα προγράμματα στην γλώσσα Python για την προσομοίωση της ροής αστρόβιλου, ασυμπίεστου και χωρίς ιξώδες ρευστού. Η πρώτη εφαρμογή έγινε με βάση τις συνοριακές συνθήκες του προβλήματος που λύθηκε αναλυτικά στο προηγούμενο κεφάλαιο και τα αποτελέσματα ήταν πολύ ικανοποιητικά. Έγινε προσομοίωση της ροής σε μη ορθογώνιες γεωμετρίες σε ροές που είναι γνωστές και τα αποτελέσματα είναι πολύ ικανοποιητικά. Στην συνέχεια δημιουργήθηκαν μεγάλες πλεγματικές διατάξεις με ορθογώνια παραλληλόγραμμα σε διάφορους προσανατολισμούς και μεγέθη να παρεμβάλλονται στην ροή. Η ροή είχε τα αναμενόμενα αποτελέσματα, τα οποία συγκρίθηκαν με γνωστά πειράματα. Στην συνέχεια των υπολογιστικών εφαρμογών μελετήθηκε η ροή ανάμεσα από 2 ορθογώνια παραλληλόγραμμα. Σε κάθε υπολογιστική εφαρμογή τα σχήματα είχαν διαφορετικό μέγεθος και αποστάσεις μεταξύ τους. Στην τελευταία εφαρμογή έγινε μελέτη της ροής ανάμεσα από 4 και 5 τετράγωνα σε διαφορετικές διατάξεις. Με βάση τις προηγούμενες προσομοιώσεις και τα αποτελέσματα είμαστε σε θέση να γνωρίζουμε ότι οι προσομοιώσεις σε φαράγγια δρόμου είναι σωστή. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο έγινε μελέτη της ροής ρύπων μέσα σε φαράγγια δρόμων. Αυτή η μελέτη βασίστηκε στην εργασία CFD MODELLING OF AIR POLLUTION MOTION INSIDE A BUILDING BLOCK, η οποία δημοσιεύτηκε από μέλη του εργαστηρίου μηχανικής ρευστών. Σε αυτή την ανάλυση μελετήθηκε η ροή των ρύπων CO2, CH6, NO2 , για διαφορετικές ταχύτητες, με την χρήση του εμπορικού πακέτου Fluent.