Μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων
Η παρούσα εργασία έγκειται στην περιοχή της υπολογιστικής ρευστομηχανικής και ειδικότερα στην ανίχνευση ροϊκών φαινομένων. Οι μέθοδοι ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων παρουσιάζονται σε πλήθος εφαρμογών μελέτης ροϊκών πεδίων, όπως η προσαρμογή του υπολογιστικού πλέγματος, ο έλεγχος για τοπική προσθήκη τε...
| Κύριος συγγραφέας: | |
|---|---|
| Άλλοι συγγραφείς: | |
| Γλώσσα: | Greek |
| Έκδοση: |
2022
|
| Θέματα: | |
| Διαθέσιμο Online: | https://hdl.handle.net/10889/23405 |
| id |
nemertes-10889-23405 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| institution |
UPatras |
| collection |
Nemertes |
| language |
Greek |
| topic |
Συμπιεστές ροές Ανίχνευση ροϊκών φαινομένων Σύνθετοι αισθητήρες Προσαρμογή πλέγματος Οπτικοποίηση ροής Compressible flows Flow feature detection Composite sensors Grid adaptation Flow visualization |
| spellingShingle |
Συμπιεστές ροές Ανίχνευση ροϊκών φαινομένων Σύνθετοι αισθητήρες Προσαρμογή πλέγματος Οπτικοποίηση ροής Compressible flows Flow feature detection Composite sensors Grid adaptation Flow visualization Λάζαρης, Πέτρος Μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων |
| description |
Η παρούσα εργασία έγκειται στην περιοχή της υπολογιστικής ρευστομηχανικής και ειδικότερα στην ανίχνευση ροϊκών φαινομένων. Οι μέθοδοι ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων παρουσιάζονται σε πλήθος εφαρμογών μελέτης ροϊκών πεδίων, όπως η προσαρμογή του υπολογιστικού πλέγματος, ο έλεγχος για τοπική προσθήκη τεχνητής συνεκτικότητας στα αριθμητικά σχήματα, η μελέτη της φυσικής ενός ροϊκού πεδίου με βάση πειραματικές μετρήσεις αλλά και η εκπαίδευση και η αξιολόγηση τεχνικών «μηχανικής μάθησης» (“machine learning”), όπως τα νευρωνικά δίκτυα. Ο εντοπισμός των τοπικών ροϊκών χαρακτηριστικών έχει ιδιαίτερη αξία για τις συμπιεστές ροές, στις οποίες συνήθως συνυπάρχουν πολλαπλά ροϊκά φαινόμενα διαφορετικής έντασης και τοπολογίας, τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους.
Στην παρούσα εργασία γίνεται μελέτη συμπιεστών πεδίων ροής, στα οποία συνυπάρχουν πολλαπλά ροϊκά φαινόμενα. Τα φαινόμενα περιλαμβάνουν οριακά στρώματα, περιοχές αποκόλλησης της ροής, στροβίλους, ροές τζετ (jets), απορρεύματα (wakes), αλλά και φαινόμενα υπερηχητικής ροής όπως κρουστικά κύματα, κύματα αποτόνωσης / συμπίεσης και ασυνέχειες επαφής. Ορίζεται ένας κατάλληλος «δείκτης έντασης» για κάθε τύπο ροϊκού φαινομένου. Γίνεται ανίχνευση των ροϊκών φαινομένων και των περιοχών αλληλεπίδρασής τους με ειδικά διαμορφωμένες συναρτήσεις (αισθητήρες / ανιχνευτές), που βασίζονται στη χωρική μεταβολή ενός μεγάλου εύρους ροϊκών ποσοτήτων. Χρησιμοποιούνται επίσης σύνθετοι ανιχνευτές, οι οποίοι συνδυάζουν στοιχειώδεις αισθητήρες ενός ροϊκού μεγέθους, και είναι ικανοί να ανιχνεύουν πολλαπλά φαινόμενα. Οι αισθητήρες αξιολογούνται με μια ποσοτική μέθοδο και παρουσιάζονται κατάλληλες μετρικές της αποτελεσματικότητάς τους. Η αξιολόγηση βασίζεται στην εφαρμογή των ανιχνευτών σε ένα ευρύ φάσμα από υπολογιστικά πεδία ροής, τα οποία προσομοιώνονται με ένα λογισμικό επίλυσης ροϊκών πεδίων. Ακόμη, προτείνεται μια αναλυτική έκφραση για τον αυτόματο καθορισμό του κατωφλίου ανίχνευσης, δηλαδή της κρίσιμης τιμής για τον κάθε αισθητήρα πάνω από την οποία θεωρείται ότι λαμβάνει χώρα κάποιο ροϊκό φαινόμενο. Η αναλυτική έκφραση βασίζεται στις στατιστικές παραμέτρους των αισθητήρων και στο σχήμα των κατανομών τους. Η εργασία ολοκληρώνεται με την εφαρμογή των αισθητήρων για την τοπική πύκνωση υπολογιστικών πλεγμάτων. |
| author2 |
Lazaris, Petros |
| author_facet |
Lazaris, Petros Λάζαρης, Πέτρος |
| author |
Λάζαρης, Πέτρος |
| author_sort |
Λάζαρης, Πέτρος |
| title |
Μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων |
| title_short |
Μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων |
| title_full |
Μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων |
| title_fullStr |
Μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων |
| title_full_unstemmed |
Μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων |
| title_sort |
μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων |
| publishDate |
2022 |
| url |
https://hdl.handle.net/10889/23405 |
| work_keys_str_mv |
AT lazarēspetros meletēpediōnsympiestēsroēskaiaisthētērōnanichneusēsroïkōnphainomenōn AT lazarēspetros studyofcompressibleflowfieldsandsensorsfordetectionofflowfeatures |
| _version_ |
1771297341585752064 |
| spelling |
nemertes-10889-234052022-10-18T03:36:52Z Μελέτη πεδίων συμπιεστής ροής και αισθητήρων ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων Study of compressible flow fields and sensors for detection of flow features Λάζαρης, Πέτρος Lazaris, Petros Συμπιεστές ροές Ανίχνευση ροϊκών φαινομένων Σύνθετοι αισθητήρες Προσαρμογή πλέγματος Οπτικοποίηση ροής Compressible flows Flow feature detection Composite sensors Grid adaptation Flow visualization Η παρούσα εργασία έγκειται στην περιοχή της υπολογιστικής ρευστομηχανικής και ειδικότερα στην ανίχνευση ροϊκών φαινομένων. Οι μέθοδοι ανίχνευσης ροϊκών φαινομένων παρουσιάζονται σε πλήθος εφαρμογών μελέτης ροϊκών πεδίων, όπως η προσαρμογή του υπολογιστικού πλέγματος, ο έλεγχος για τοπική προσθήκη τεχνητής συνεκτικότητας στα αριθμητικά σχήματα, η μελέτη της φυσικής ενός ροϊκού πεδίου με βάση πειραματικές μετρήσεις αλλά και η εκπαίδευση και η αξιολόγηση τεχνικών «μηχανικής μάθησης» (“machine learning”), όπως τα νευρωνικά δίκτυα. Ο εντοπισμός των τοπικών ροϊκών χαρακτηριστικών έχει ιδιαίτερη αξία για τις συμπιεστές ροές, στις οποίες συνήθως συνυπάρχουν πολλαπλά ροϊκά φαινόμενα διαφορετικής έντασης και τοπολογίας, τα οποία αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Στην παρούσα εργασία γίνεται μελέτη συμπιεστών πεδίων ροής, στα οποία συνυπάρχουν πολλαπλά ροϊκά φαινόμενα. Τα φαινόμενα περιλαμβάνουν οριακά στρώματα, περιοχές αποκόλλησης της ροής, στροβίλους, ροές τζετ (jets), απορρεύματα (wakes), αλλά και φαινόμενα υπερηχητικής ροής όπως κρουστικά κύματα, κύματα αποτόνωσης / συμπίεσης και ασυνέχειες επαφής. Ορίζεται ένας κατάλληλος «δείκτης έντασης» για κάθε τύπο ροϊκού φαινομένου. Γίνεται ανίχνευση των ροϊκών φαινομένων και των περιοχών αλληλεπίδρασής τους με ειδικά διαμορφωμένες συναρτήσεις (αισθητήρες / ανιχνευτές), που βασίζονται στη χωρική μεταβολή ενός μεγάλου εύρους ροϊκών ποσοτήτων. Χρησιμοποιούνται επίσης σύνθετοι ανιχνευτές, οι οποίοι συνδυάζουν στοιχειώδεις αισθητήρες ενός ροϊκού μεγέθους, και είναι ικανοί να ανιχνεύουν πολλαπλά φαινόμενα. Οι αισθητήρες αξιολογούνται με μια ποσοτική μέθοδο και παρουσιάζονται κατάλληλες μετρικές της αποτελεσματικότητάς τους. Η αξιολόγηση βασίζεται στην εφαρμογή των ανιχνευτών σε ένα ευρύ φάσμα από υπολογιστικά πεδία ροής, τα οποία προσομοιώνονται με ένα λογισμικό επίλυσης ροϊκών πεδίων. Ακόμη, προτείνεται μια αναλυτική έκφραση για τον αυτόματο καθορισμό του κατωφλίου ανίχνευσης, δηλαδή της κρίσιμης τιμής για τον κάθε αισθητήρα πάνω από την οποία θεωρείται ότι λαμβάνει χώρα κάποιο ροϊκό φαινόμενο. Η αναλυτική έκφραση βασίζεται στις στατιστικές παραμέτρους των αισθητήρων και στο σχήμα των κατανομών τους. Η εργασία ολοκληρώνεται με την εφαρμογή των αισθητήρων για την τοπική πύκνωση υπολογιστικών πλεγμάτων. The present work lies in the area of computational fluid mechanics and in particular in the area of flow feature detection. The methods of flow feature detection are encountered in many applications for the study of flow fields, such as computational grid adaptation, control for local addition of artificial dissipation to numerical schemes, study of the physics of a flow field based on experimental measurements, as well as training and evaluation of "machine learning" techniques, such as neural networks. Detection of the local flow features is of particular value for compressible flows, in which multiple flow phenomena of different intensity and topology usually coexist, and interact with each other. In the present work, compressible flow fields with multiple coexisting flow features are studied. The phenomena include boundary layers, flow separation regions, vortices, jets, wakes, as well as supersonic flow phenomena such as shock waves, expansion / compression waves and contact discontinuities. An appropriate “intensity index” is defined for each type of flow feature. Detection of the flow features and their interaction regions is carried out with specially formulated functions (sensors / indicators), which are based on the spatial variation of a wide range of flow quantities. Composite indicators are also employed, which combine elementary single-quantity sensors, and are capable of detecting multiple features. The sensors are evaluated with a quantitative method and appropriate metrics of their performance are presented. The evaluation is based on the application of the indicators to a wide range of computational flow fields, which are simulated with flow-solving software. In addition, an analytic expression is proposed for the automatic determination of the detection threshold, i.e. a critical value for each sensor above which a flow feature is considered to take place. The analytic expression is based on the statistical parameters of the sensors and the shape of their distributions. The thesis is completed with the application of sensors for the local refinement of computational grids. 2022-10-17T08:21:19Z 2022-10-17T08:21:19Z 2022-10-15 https://hdl.handle.net/10889/23405 el application/pdf |
