ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΕΣ ΜΑΘΗΜΑΤΟΣ

ΜΟΝΤΕΛΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΔΙΕΡΓΑΣΙΩΝ ΜΕ ΧΡΗΣΗ ΤΟΥ ΛΟΓΙΣΜΙΚΟΥ OPENFOAM
Κατηγορία Μαθήματος: Προπτυχιακό
Τύπος Μαθήματος: ΕΚ1
Κωδικός Γραμματείας: ΕΝ0701
Εξάμηνο:
 7° (Χειμερινό)

Διάρκεια:

 5 ώρες/εβδ.
ECTS Units:
 6
Τομέας:
 Ενέργειας, Βιομηχανικών Διεργασιών και Αντιρρυπαντικής Τεχνολογίας
Κατεύθυνση:
 Ενέργεια, Βιομηχανικές Διεργασίες & Τεχνολογία Αντιρρύπανσης
Διδάσκων:
 Τσιαντής Ανδρέας

Σκοπός
 Σκοπός του μαθήματος είναι η εισαγωγή του φοιτητή στο υπολογιστικό και προγραμματιστικό περιβάλλον των εφαρμογών του OpenFOAM καθώς και στα βοηθητικά του προγράμματα ώστε να μπορεί να τα χρησιμοποιεί για την επίλυση προβλημάτων που αφορούν φαινόμενα μεταφοράς με υπολογιστικές μεθόδους. Ακολουθείται όλη η διαδικασία επίλυσης από 1. την δημιουργία του υπολογιστικού πλέγματος, 2. του ορισμού των συνοριακών συνθηκών, 3. της αριθμητικής επίλυσης και 4. της παρουσίασης και ανάλυσης των αποτελεσμάτων. Με την ολοκλήρωση του μαθήματος ο φοιτητής θα είναι σε θέση να ορίσει και να επιλύσει μια πλειάδα προβλημάτων φαινομένων μεταφοράς.
Περιεχόμενα
 1. Μοντελοποίηση προβλημάτων. (1 εβδομάδα) 
1.1. Διάκριση μεταξύ 2Δ και 3Δ προβλημάτων. 
1.2. Διάκριση μεταξύ χρονικά μεταβαλλόμενων και χρονικά σταθερών προβλημάτων. 
1.3. Διατύπωση παραδοχών και αλγεβρική διατύπωση εξισώσεων. 
1.4. Επιλογή κατάλληλων επιλυτών (solvers) για την επίλυση. 

 2. Δημιουργία γεωμετριών & πλεγμάτων. (3 εβδομάδες) 
2.1. Χρήση του κατάλληλου λογισμικού για την κατασκευή της γεωμετρίας με την μεθοδολογία της οριακής αναπαράστασης (BREP). 
2.2. Δημιουργία γεωμετριών με την μέθοδο της κατασκευαστικής γεωμετρίας (constructive solid geometry). 
2.3. Εισαγωγή στη χρήση λογικών τελεστών για την κατασκευή περίπλοκων γεωμετριών. 
2.4. Αναγνώριση κρίσιμων σημείων για τοπική βελτιστοποίηση πλεγμάτων. 
2.5. Κατασκευή ορθογωνικών και μη ορθογωνικών πλεγμάτων. 
2.6. Κριτήρια ποιότητας πλεγμάτων. 

 3. Επιλογή παραδοχών. (2 εβδομάδες) 
3.1. Απλοποίηση εξισώσεων N-V ανάλογα με το πρόβλημα - 1. χρονικά μεταβαλλόμενο/σταθερό, 2. με παρουσία τύρβης ή μη, 3. Με μεταφορά θερμότητας/ μάζας, 4. πολυφασικό ή μη, 5. αλλαγή φάσης. 
3.2. Επιλογή μοντέλου τύρβης. 
3.3. Επιλογή κατάλληλων θερμοφυσικών μοντέλων. 

 4. Μοντελοποίηση συνοριακών συνθηκών. (2 εβδομάδες) 
4.1. Αντιστοίχιση κατάλληλων περιοδικών συνθηκών στη παραγόμενη γεωμετρία. 
4.2. Αλγεβρική τυποποίηση συνοριακών συνθηκών. 
4.3. Αρχικοποίηση συνοριακών συνθηκών. 
4.4. Αρχικοποίηση πεδίου. 
4.5. Μοντελοποίηση πηγαίων όρων.  
4.6. Διάκριση οριακών συνθηκών μεταξύ τύπων (γενικών, τοιχωμάτων, κινούμενων, συμμετρικών). 

 5. Επίλυση προβλημάτων. (3 εβδομάδες) 
5.1. Επιλογή κατάλληλου επιλυτή για κάθε επιλυόμενη ποσότητα. 
5.2. Επιλογή αντίστοιχου αλγόριθμου (PISO, SIMPLE, PIMPLE). 
5.3. Ορισμός ορίων επιλυτή. 
5.4. Χρήση και ρύθμιση multigrid επιλυτών. 
5.5. Ρύθμιση χρονικών βημάτων σύμφωνα με τον αριθμό Courant. 
5.6. Ρύθμιση συντελεστών υπολοίπων (residuals). 

 6. Επεξεργασία αποτελεσμάτων. (2 εβδομάδες) 
6.1. Χρήση των βοηθητικών προγραμμάτων του OpenFOAM για την εξαγωγή αποτελεσμάτων.  
6.2. Χρήση του ParaView για οπτικοποίηση αποτελεσμάτων. 
6.3. Εξαγωγή αποτελεσμάτων και υπολογισμοί επι αυτών σε περιβάλλον ParaView. 
6.4. Δημιουργία ισουψών (contours), ροικών γραμμών (streamlines).
Βιβλιογραφία
 • The Finite Volume Method in Computational Fluid Dynamics: An Advanced Introduction with OpenFOAM® and Matlab. • Roache, P. J. (1998). Verification and validation in computational science and engineering (Vol. 895): Hermosa Albuquerque, NM. • H. Versteeg, W. Malalasekra - An Introduction to Computational Fluid Dynamics - The Finite Volume Method Approach-Prentice Hall (1996) • S.V.Patankar,Numerical Heat Transfer andF luid Flow, Taylor & Francis, 1980
Προαπαιτούμενα
MM101, MM403, MM501, MM503, MM602, MM603
Εργαστηριακές Ασκήσεις
 
Υπολογιστικές Ασκήσεις