İnşaat Mühendisleri Odası Ankara Şubesi Hidrolik Mühendisliğinde Sayısal Modelleme ve Yazılım Kullanımı

Benzer belgeler
BİR OFİS İÇİN TERMAL KONFOR ANALİZİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE MODELLENMESİ VE SAYISAL ÇÖZÜMÜ

ANOVA MÜHENDİSLİK LTD. ŞTİ.

YALOVA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ ENERJİ SİSTEMLERİ MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ UYGULAMALI MÜHENDİSLİK MODELLEMESİ

KARAKURT BARAJI DOLUSAVAK YAPISI HİDROLİK KARAKTERİSTİKLERİNİN 3-BOYUTLU SAYISAL ANALİZLERLE BELİRLENMESİ

DİKEY EKSENLİ DARRİEUS TİPİ SU TÜRBİNLERİNİN HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE ANALİZİ

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

YÜKSEK FROUDE SAYILARINDA ÇALIŞAN HİDROFOİLLER ÜZERİNDE SERBEST SU YÜZEYİ ETKİSİ ÖZET

ÇEV207 AKIŞKANLAR MEKANİĞİ KİNEMATİK-1. Y. Doç. Dr. Güray Doğan

İ çindekiler. xvii GİRİŞ 1 TEMEL AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ BERNOULLİ DENKLEMİ 68 AKIŞKANLAR STATİĞİ 32. xvii

(1052) AHMED MODELİ ÜZERİNDEKİ AKIŞ YAPISININ İNCELENMESİ

MENFEZ ÇIKIŞ HIZININ MAHAL İÇİNDEKİ ISIL KONFOR ŞARTLARINA ETKİSİNİN İNCELENMESİ

Numerical Investigation of the Effect of Needle Tilting Angle on Irrigant Flow Inside the Tooth Root Canal

İçindekiler 1 GENEL KAVRAM ve TANIMLAR 2 TEMEL YASALAR ve KORUNUM DENKLEMLERİ vii

Bölüm 8: Borularda sürtünmeli Akış

Borularda Akış. Hesaplamalarda ortalama hız kullanılır.

HELİKOPTER KANADINDA OLUŞAN AŞINMANIN CFD İLE 3D OLARAK MODELLENMESİ ÖZET GİRİŞ

ÇEV 4721 Çevresel Modelleme

BİR OFİS ODASINDAKİ TERMAL AKIŞIN KIŞ ŞARTLARINDA SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

DEĞİŞİK HAVA HIZI DEĞERLERİ KULLANILARAK YERDEN ISITMA YAPILAN VE TAZE HAVA VERİLEN BİR OFİS İÇERİSİNDEKİ KONFOR KOŞULLARININ SAYISAL ANALİZİ

KLİMA SANTRALLERİNDEKİ BOŞ HÜCRELER İÇİN TASARLANAN BİR ANEMOSTAT TİP DİFÜZÖRÜN AKIŞ ANALİZİ

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

Dairesel Kesitli 90º Dirsekteki Akışın Üç Boyutlu Sayısal İncelenmesi

Tek ve İki Bina Etrafındaki Rüzgar Etkilerinin Sayısal Olarak İncelenmesi

GEMİ İTME SİSTEMİ ÇALIŞMALARINDA HESAPLAMALI DİRENÇ ANALİZLERİ

Mekanik Karıştırıcıların Hesaplamalı Akışkanlar Mekaniği ile Sayısal Modellenmesi

1. HAFTA Giriş ve Temel Kavramlar

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD)

1. Aşağıda verilen fiziksel büyüklüklerin dönüşümünde? işareti yerine gelecek sayıyı bulunuz.

Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ile Üç-Boyutlu Karmaşık Akış Problemlerinin Yüksek Başarımlı Hesaplamaları. Nilay Sezer-Uzol

TAŞINIMIN FİZİKSEL MEKANİZMASI

FÜZE KANADININ SES-ÜSTÜ UÇUŞ KOŞULUNDAKİ AEROELASTİK ANALİZİ

Şekil 1 : Problemin Tanımı

FLOWING FLUIDS and PRESSURE VARIATION

KLİMA CİHAZI ÜFLEME ÇIKIŞ AÇISININ ISIL KONFOR ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN NÜMERİK OLARAK İNCELENMESİ

Suyun bir yerden bir başka yere iletilmesi su mühendisliğinin ana ilgi konusunu oluşturur. İki temel iletim biçimi vardır:

GERİ BASAMAK AKIŞININ NÜMERİK ANALİZİ

GENİŞ BAŞLIKLI SAVAK ETRAFINDAKİ AKIMIN İNCELENMESİ

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

DOKUZ EYLÜL ÜNİVERSİTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ FLOTRAN A GİRİŞ. (Ansys Klasik) Hazırlayan: Makine Müh. Özhan Yılmaz

English for Academic Reading & Speaking I İngilizce Akademik Okuma ve Konuşma I. Introduction to Civil Engineering İnşaat Mühendisliğine Giriş

0(312)

Bir Taşıt Modeli için Hava Direnç Katsayısına Etki Eden Boyutların ve Akış Kontrol Uygulamalarının Nümerik Yöntemle İncelenmesi

NACA VE NREL S 809 KANAT KESİTLERİNİN HAD İLE ANALİZİ ANALYSING OF NACA AND NREL S 809 AIRFOILS BY CFD

HİDROLİK. Yrd. Doç. Dr. Fatih TOSUNOĞLU

Ön şart D. Kodu Dersin Adı T U L AKTS MAT101. English for Academic Reading & Speaking I İngilizce Akademik Okuma ve Konuşma I

BİR OTOMOBİL KABİNİ İÇERİSİNDE ISITMA SÜRECİ İÇİN FARKLI HAVA HIZI KULLANIMININ SAYISAL ANALİZİ

5. Boyut Analizi. 3) Bir deneysel tasarımda değişken sayısının azaltılması 4) Model tasarım prensiplerini belirlemek

4.Sıkıştırılamayan Akışkanlarda Sürtünme Kayıpları

Fluent Launcher File > Read > Mesh Scale View Length Unit Mesh Was Created In Scale Close General>Time Gravity

DÜZ FLAPLI POZİTİF KAMBURA SAHİP NACA 4412 KANAT PROFİLİNİN AERODİNAMİK PERFORMANSININ BİLGİSAYAR DESTEKLİ ANALİZİ

MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ AKIŞKANLAR MEKANİĞİ II FİNAL SINAVI Numara: Adı Soyadı: SORULAR-CEVAPLAR

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Su Yapılarında Fluent Uygulamaları

ISI DEĞĠġTĠRGEÇLERĠ DENEYĠ

TÜMLEŞİK KANAT ELEMANI - HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ YÖNTEMİ İLE DİKEY RÜZGAR TÜRBİNİ PERFORMANSININ HESAPLANMASI

MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. Akışkanlar Mekaniği MK-312 3/Güz (3+1+0) 3.5 7

NÖ-A NÖ-B. Adı- Soyadı: Fakülte No:

English for Academic Reading & Speaking I İngilizce Akademik Okuma ve Konuşma I. Introduction to Civil Engineering İnşaat Mühendisliğine Giriş

ÇÖZÜM 1) konumu mafsallı olup, buraya göre alınacak moment ile küçük pistona etkileyen kuvvet hesaplanır.

Enerji var veya yok edilemez sadece biçim değiştirebilir (1.yasa)

DİNAMİK - 1. Yrd. Doç. Dr. Mehmet Ali Dayıoğlu Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü

Enerji kırıcı yapıların etkinliğinin HAD yöntemi ile belirlenmesi

BAŞKENT ÜNİVERSİTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAK MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ LABORATUVARI DENEY 4

BİLECİK ŞEYH EDEBALİ ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE VE İMALAT MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

TOP NAMLU AĞIZ BASKISI TASARIMININ HESAPLAMALI AKIŞKANLAR DİNAMİĞİ İLE İNCELENMESİ

Abs tract: Key Words: Ersin ALPTEKİN Mustafa VARLIKLAR Mehmet Akif EZAN Hakan YALDIRAK Nuri KAYANSAYAN

Fiziksel bir olayı incelemek için çeşitli yöntemler kullanılır. Bunlar; 1. Ampirik Bağıntılar 2. Boyut Analizi, Benzerlik Teorisi 3.

Klima Cihazı Üfleme Ağzı Geometrisinin Hava Dağılımları Üzerine Etkisinin Sayısal Olarak Araştırılması

UÇAK MÜHENDİSLİĞİ MÜFREDATI

Baraj Göleti Su Alma Yapısı Sayısal Modeli

Alınan Puan NOT: Yalnızca 5 soru çözünüz, çözmediğiniz soruyu X ile işaretleyiniz. Sınav süresi 90 dakikadır. SORULAR ve ÇÖZÜMLER

TANK HAVALANDIRMA BAŞLIĞINDAKİ TÜRBÜLANSLI AKIŞIN SAYISAL OLARAK MODELLENMESİ

Akışkanların Dinamiği

Numerical Modeling of Flow Over a Trapezoidal Broad Crested Weir with k- Based Turbulence Models

EŞANJÖR (ISI DEĞİŞTİRİCİSİ) DENEYİ FÖYÜ

AKIŞKANLAR MEKANİĞİ. Doç. Dr. Tahsin Engin. Sakarya Üniversitesi Makine Mühendisliği Bölümü

Dolusavaklarda Hidrolik Karakteristiklerin Sayısal Analiz Yöntemi ile Belirlenmesi

KONUMA VE ZAMANA BAĞLI DEĞİŞEN DİP BATİMETRİSİ İÇİN GELİŞMİŞ BOUSSINESQ MODELİ VE UYGULAMALARI

Akışkanlar Mekaniği (CE 307) Ders Detayları

Onur KONURALP - Hakan ÖZKELEMCĐ / Layne Bowler Kahraman Albayrak / ODTÜ Ahmet Açıkgöz / ANOVA Mühendislik

DENİZ HARP OKULU MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜM BAŞKANLIĞI DERS TANITIM BİLGİLERİ. Akışkanlar Mekaniği MKM-312 3/I (4+0+0) 4 3

KYM 101 KİMYA MÜHENDİSLĞİNE GİRİŞ PROBLEM SETİ

SU DAĞITIM ŞEBEKELERİNİN MODELLENMESİ

AÇIK KANAL AKIMI. Hopa Yukarı Sundura Deresi-ARTVİN

ISSN : Hatay-Turkey

BİR KARA TAŞIT MODELİ ETRAFINDAKİ AKIŞ YAPISININ SAYISAL OLARAK İNCELENMESİ

Akışkanlar Mekaniği II (ME 302) Ders Detayları

Ani Bir Düşüdeki B-tipi Hidrolik Sıçramanın Sayısal Modellenmesi *

ÇEV-220 Hidrolik. Çukurova Üniversitesi Çevre Mühendisliği Bölümü Yrd. Doç. Dr. Demet KALAT

SORULAR - ÇÖZÜMLER. NOT: Toplam 5 (beş) soru çözünüz. Sınav süresi 90 dakikadır. 1. Aşağıdaki çizelgede boş bırakılan yerleri doldurunuz. Çözüm.1.

Akarsu Yatağındaki Bitki Örtüsünün Akım Şartlarına Etkisinin Sayısal Yöntemle İncelenmesi

Rüzgâr Hızlarının Bina Etrafındaki Akışa ve Isı Kaybına Etkisinin Farklı Türbülans Modelleriyle Sayısal İncelenmesi

RÜZGAR YÜKÜNÜN BİR TİCARİ ARAÇ SERVİS KAPISINA OLAN ETKİLERİNİN İNCELENMESİ

SOLIDWORKS SIMULATION EĞİTİMİ

BİR NAVIER-STOKES ÇÖZÜCÜ İLE DAİRESEL SİLİNDİRDEN GİRDAP YAYILIM SİMÜLASYONU

Ti-6Al-4V Alaşımının Katı Parçacık Erozyon Davranışının Deneysel ve Sayısal Olarak İncelenmesi

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ FEN ve MÜHENDİSLİK DERGİSİ Cilt: 1 Sayı: 3 sh Ekim 1999

Yrd. Doç. Dr. Tolga DEMİRCAN. Akışkanlar dinamiğinde deneysel yöntemler

VENTURİMETRE DENEYİ 1. GİRİŞ

1. YARIYIL / SEMESTER 1

Transkript:

İnşaat Mühendisleri Odası Ankara Şubesi Hidrolik Mühendisliğinde Sayısal Modelleme ve Yazılım Kullanımı Nisan 2017 Yrd. Doç. Dr. Ekin Tokyay Sinha

Giriş Hayatın her alanında akımlarla iç içeyiz.

HİDROLİK MÜHENDİSLİĞİNDE BİR AKIMIN ÇÖZÜMÜNDE DAHA ÖNCELERİ ELİMİZDE VAR OLAN YAKLAŞIMLAR: TEORİK İNCELEME DENEYSEL MODELLEME GÜNÜMÜZDE + SAYISAL MODELLEME

Neden sayısal modelleme? Deneylerde karşılaşılan bir takım kısıtlamalar. Ölçeklemede yaşanabilecek sıkıntılar. Ölçülebilirlik deneyde kullanabileceğimiz aletlerin varlığı ve ölçme kapasiteleri Deneylerin maliyeti Teknolojik ilerleme ile bilgisayarların hafıza ve işlem kapasitesindeki artış. Akım simülasyonları ile mühendislik alanımızdaki akım ve akımın çevresine olan etkileri hakkında daha fazla fikir edinmek.

Sayısal Modelleme Nedir? Akımın simülasyonu dediğimizde aklımıza neler geliyor? En basit anlatımıyla bilgisayarın bir dizi iyi bilinen denklemleri çözmesi ve çözülen denklemler sonucunda elimizde bir obje etrafındaki ve/veya içindeki akımın hızı ve basıncı hakkında fikir sahibi olmamız anlamına geliyor. Akımın sayısal modellemesi sırasında en büyük zorluk nereden kaynaklanmaktadır? TÜRBÜLANS

Türbülans Nedir? Mühendislerin ilgi alanında olan her akım türbülanslı akımdır. Bu sebeple türbülans akışkanlar dinamiğinde uyulması gereken bir kural gibidir. Peki ama türbülans nedir? Türbülanslı akım nasıl olur? Musluktan akan akım Türbülans, akımda girdap (eddy) biçiminde karşımıza çıkar. Türbülanslı akımlarda dönen, rastgele hareket eden ve değişik boylarda girdaplar gözlenebilir. Bu girdaplar karışmayı tetikler. Akım kaotik bir haldedir ve bu durum birtakım sınır hız koşulları geçildiği zaman gözlenir. Türbülanslı akımlar üç boyutlu akımlardır.

Tarihçe Navier-Stokes Denklemleri Claude Navier George Stokes 1800 lerde biri Fransız diğeri İngiliz iki matematikçinin ayrı ayrı çalışmaları ile bulunmuş bir dizi denklem bize türbülanslı akımları matematiksel olarak tanımlar. Çalışmaların başlangıcı Newton un yasasına yani F=ma ya dayanır.

Tarihçe Bu denklem dizisinin bilgisayarlar yardımı ile çözülmeye çalışılması şimdilerde Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği (HAD) (Computational Fluid Dynamics (CFD)) diye bilinen alanın gelişmesini sağlamıştır. Bu denklemler ilk olarak 1960 larda bilgisayarlar yardımı ile sayısal modellemede kullanılmıştır. Bu denklemler nelerdir?

Akım Denklemleri Navier-Stokes Denklemleri ρ v + v. v t = p + μ 2 v Bu denklemde toplam 4 bilinmeyen vardır. Bunlar: 3 hız bileşeni 1 termodinamik basınç Bu denklemin tamamlayıcısı olan bir başka denklemde de kütlenin korunumunu gösteren denklemdir. Bu denklem sıkıştırılamaz (incompressible) akışkanlar için şöyledir:. v=0 h yüksekliğindeki su kolonunun ağırlığı p = p + ρgh Termodinamik basınç

Akım Denklemleri Vektörel gösterimden tensörel gösterime: u i t + u j u i x j = 1 ρ u j x j = 0 p x i + ν 2 u i x j x j Tekrarlanan j indeksi j üzerinde toplama işlemini işaret eder ( j =1,2,3 ).

Bu denklemlerin analitik bir çözümü yoktur. Bu nedenle nümerik (sayısal) çözümlere başvurulması şarttır. Nobel Fizik ödüllü Richard Feynman, türbülansı klasik fiziğin en önemli çözülememiş sorunu olarak tanımlar. Denklemleri sayısal olarak çözmek için ise alanda bilinen üç yöntem var. Direct Numerical Simulation (DNS) Direkt Sayısal Modelleme Large Eddy Simulation (LES) Büyük Girdap Modellemesi Reynolds Averaged Navier Stokes Simulation (RANS) Reynolds Ortalaması alınmış N-S Modellemesi

İhtiyaç duyulan işlemci gücü artar DNS LES RANS DNS üç boyutlu (3B) zamana bağlı N-S denklemlerini ve tüm kaotik akım alanını çözer. LES akımdaki büyük boyutlu türbülans yapılarını N-S kullanarak çözümler, küçük boyuttaki türbülans yapılarını modeller. RANS ortalama akım değerlerini çözer ama geri kalan türbülans ile ilgili detayları modeller.

Q Borunun içindeki akım türbülanslı bir akım olsun. u u(t) u =hız dalgalanmaları u u Zaman (s) u (m/s) u (m/s) 10 3.20 0.20 u( t) u u 20 2.90 30 3.05 t -0.10 0.05 40 2.85-0.15 Ortalama 3.00 0.00

RANS Denklemleri j i j i j i j i j i i i u u x u x x p x u u t u x u ˆ 1 0 Modellenmesi gereken kısım Kütlenin korunumu: Momentum:

Anlık ve Ortalama Çözümlemeler RANS

Türbülans ile ilgili kaynakça: Durbin and Reif (2000) Statistical Theory and Modeling For Turbulent Flows Rodi (1980) Turbulence models and their application in hydraulics a state of the art review. Tenneke and Lumley (1972) A First Course in Turbulence

Sonlu Hacim Yöntemi - Finite Volume Method (FVM) Sayısal modellemenin yapılabilmesi için kısmi diferansiyel denklemler (partial differential equations) FVM ile çözülür. Piyasadaki birçok yazılım bu yöntemi kullanmaktadır. Kısaca akım alanı küçük kontrol hacimlerine (control volume) bölünür. Denklemler bu hacimler için çözülür. Komşu hacimlerdeki koşullar akımın hacimden hacime nasıl değişeceğini belirler. Kaynakça: Ferziger and Peric (2002) Computational Methods for Fluid Dynamics

Hidrolik Mühendisliğinde Sayısal Modellemede Kullanılan Belli Başlı Teknikler Mühendislik problemlerinde eğer türbülanslı akımlarda türbülanstan kaynaklanan akım özellikleri değil de ortalama akım profilleri yeterli ise genellikle RANS bazlı simülasyonlar yeterlidir. Eğer akım yüzeyinde çok büyük değişiklikler, akım derinliğinde çok büyük oynamalar gözükmüyorsa, o zaman akım tek fazlı çözülebilir. Akım alanında sadece suyun var olduğu ve akım yüzeyinin sabit bir düzlemle tanımlandığı durumlar. (Rigid-lid model) Eğer akım alanında su ile beraber başka bir akışkanın etkileşimi önem kazanıyorsa o zaman çok fazlı simülasyonlar düşünülmelidir. Su ve hava etkileşimi gibi. Böyle durumlarda uygulanan teknik kısaca VOF olarak bilinir. (Volume of Fluid)

Sayısal Modellemenin Uygulanmasındaki Esaslar Öncelikle problemi anlamak en önemlisi. Elimizde yeterli sayıda sınır koşulları var mı? Boyutları bilmek çok önemli. Akım zamana bağlı mı? Başlangıç koşullarını biliyor muyum? Problemi ne kadar basitleştirebilirim. Bu modelleme sonucunda ne tür bilgiler elde etmek istiyorum.

SAYISAL MODELLEMEDEKİ ADIMLAR ÖN İŞLEMLER PRE-PROCESSING Başlamadan önce yapılması gerekenler Örneğin: boyut analizi, ağ oluşturma, Reynolds ve Froude sayıları AKIM ÇÖZÜCÜLER FLOW SOLVER Programın kurulumu, sınır ve başlangıç koşullarının girilmesi (FLOW3D, Fluent, CFX, Phoenics, OpenFOAM vs.) SON İŞLEMLER POST-PROCESSING Çıktıların incelenmesi, analizler

Başlamadan Önce Ağ oluşturma «MESH (GRID) GENERATION» Body-Fitted Mesh Nesting Block Mesh FLOW3D

Mesh boyutları yeterli midir? Mesh-dependency, grid-independency 90,000 180,000 360,000 Sonuç değişiklik göstermiyorsa mesh boyutları yeterlidir Bazen deneyimle ve y+ (wall distance) hesaplamaları ile mesh in yeterli olup olmadığına da karar vermek mümkündür.

Problemi Basitleştirebilir miyim? Yoksa detaylar benim için önemli mi? Problemi elimizdeki empirik denklemlerle (daha önceki deneysel çalışmalardan elde edilen denklemlerle) çözebilir miyim? Akım üç boyutlu mu iki boyutlu mu ele alınmalı? Akım alanımın boyutları nedir? Acaba tek boyutlu mu çözmem daha uygun olur? Sıcaklık, konsantrasyon gibi değerler problemde yer alıyor mu? Suyun hava ile olan etkileşimi benim için önemli mi? Yer çekimi benim için önemli mi?

3B veya 2B Eğer akım alanı içerisinde akımı bozacak herhangi bir obje var ise üç boyutlu (3B) çalışılmasında yarar vardır. Ancak üç boyutlu çalışmalar hem daha uzun zaman alır hem de daha güçlü bilgisayar işlemcilerine gerek duyarlar. İki boyutlu (2B) çalışmalar belirli hata payları da olsa doğruya yakın değerler sunarlar. En azından akım hakkında fikir sahibi olmamıza yardımcı olurlar. Akım y x (2B) Akım (3B) z y x

Sınır Koşulları Elimizdeki probleme göre değişiklik gösterir ama en çok uygulananları şunlardır: Mass Inflow Q biliniyorsa [yoğunluk (kg/m 3 ) x akı (m 3 /s)] Velocity Inlet gelen akımın hızı biliniyorsa [V (m/s)] Pressure Inlet gelen akımı basıncı ile tanımlamak istersek [P (Pa)] Mass Outflow Pressure Outlet Symmetry Wall (No-slip veya slip) Hız=0 genellikle tek bir outlet varsa kullanılır, kütlenin korunumu yasası ile çıkacak akımın koşulları denklemlerle belirlenir, sınır koşulunda değer atanılması beklenmez. çıkış koşulları basınca bağlı ifade edilebilirse Duvarın kendi hız değeri olabilir. u i symmetry

Sınır Koşulları (Boundary Conditions)

Sınır Koşulları (Boundary Conditions) Burada iki fazlı VOF (hava ve su) ile çözülecek bir akım problemi için hazırlanmış akım sahasını görüyoruz. İki ayrı inlet tanımlandı ancak inlet1 den herhangi bir akım girmiyor. İnlet 2 den ise sadece su girişi var. İnlet 2 nin yüksekliği gelen akımın derinliği daha önceden bilindiği için ona göre belirlendi. İnlet 1 de sadece hava ile temas var. Çıkış koşulları pressure outlet olarak bırakıldı. Eğer burada membaa suyunun akım derinliği biliniyorsa bu değer kullanılarak çıkıştaki basınç koşulları sınır koşul olarak programa girilebilir.

VOF VOF iki ya da daha fazla birbiri ile karışmayan akışkanın modellenmesinde kullanılabilir. En çok görülen uygulamalar, büyük hava kabarcıklı akımlar, açık kanal hidroliği ile ilişkili uygulamalar. VOF da her akışkanın bir a x değeri vardır. a x =0 hücrede x akışkanı bulunmamaktadır a x =1 hücrenin tamamı x akışkanı ile doludur. 0<a x <1 hücrede hem x akışkanı hem de diğer akışkan(lar) olabilir, bunlar arasında bir arayüz bulunur. Lokal a değerine göre hücredeki akışkanın yoğunluk vb. değerleri belirlenir.

VOF HAVA SU DOLUSAVAK Çıkış sınır koşullarında membaa suyu derinliği tanımlanmıştır.

VOF uygulamalarında iki akışkan arasındaki arayüz çözümlemesi için kaynakça: Geo-reconstruction Scheme D. L. Youngs. Time-Dependent Multi-Material Flow with Large Fluid Distortion. In K. W. Morton and M. J. Baines, editors, Numerical Methods for Fluid Dynamics. Academic Press, 1982. The Compressive Interface Capturing Scheme for Arbitrary Meshes (CICSAM) O. Ubbink. Numerical Prediction of Two Fluid Systems With Sharp Interfaces. PhD thesis, Imperial College of Science, Technology and Medicine, London, England, 1997.

Zamana bağlı mı? Buna göre akım denklemlerini ya zamana bağlı çözdüreceksiniz Ya da verilen sınır koşulları ile yineleme yöntemleri (iterative methods) kullanarak zaman içinde değişmeyen bir akım sahası elde etmeye çalışacaksınız. Zamana bağlı ise belirli bir adım ile zaman içerisinde ilerlemek gerekir (time step). Burada kullanılabilecek time step in büyüklüğü probleme ve ağa (mesh) bağlıdır. CFL CONDITION

Şikago Nehir Tünel Hattı Kuzey Kolu DS-N20 CS-N2 Şikago da 2010 yılında şiddetli yağmurlar sonrası kanalizasyon sistemi dolar ve bunun sonucunda gayzer e benzetilen rögar patlamaları yaşanır. Yağmurdan kaynaklanan sınır koşulları değişken akı olarak sisteme verilmiştir bir de sistemin alt ucundan ters yönde gelen taşkın şeklindeki akımın şaft boruyu ne kadar hızla doldurduğu (yani bu boru içindeki suyun derinliğinin değişimi) bilinmektedir. Bu da bir başka sınır koşulu olarak yazılıma girilmiştir. Bunun sonucunda zamana bağlı akım boru hattında gözlenmiştir. DS-N20 VOF Volume of fluid method to track air & water in the system. k-e model for turbulence closure.

Zamana Bağlı Unsteady / Transient

Zamana bağlı

Zamandan Bağımsız Steady State Ortalama hız değeri verilir. Akım zaman ile değişmez. Sınır koşullarına bağlı olarak iterasyonlar sonrasında artık değişmeyen bir akım sahası elde edilir. Akım yüzeyi sabit ve düzdür (rigid-lid / symmetry). Erozyon önleyici setin bulunması durumunda bile su yüzünde görülebilecek dalgalanmalar ihmal edilmiştir.

Türbülans Modeli? Hidrolik mühendisliğinde hemen her akım türbülanslıdır. Yazılımlarda bulunan değişik RANS modelleri genellikle hidrolik mühendisliğindeki akımların mühendislik amaçlı çözümünde yeterli olacaktır. ÖRNEK: Spalart-Almaras, k-epsilon, RNG, k-omega, SST vs. Bazı RANS modelleri bazı koşullarda diğerlerinden daha etkilidir. ÖRNEK: RNG model dönen akımlarda k-epsilondan daha iyi sonuçlar verir. ÖRNEK: SST modeli olumsuz basınç (adverse pressure) durumlarında ve separation (akımın ayrılması) durumlarının olduğu akımların simülasyonlarında daha başarılıdır.

Çözüm Yakınsadı mı? (Converged solution?) Simülasyon ne kadar devam etmeli? Bir akışkan tanesi nin girişten çıkışa kadar gidebilmesi için ihtiyaç duyulan zaman nedir? Ortalama hız ve akım alanının boyutları ile yaklaşık bir değer hesap edilebilir. (t = L / V) Eğer uyuşmazlık olursa ne yapılmalı? Time step küçültülebilir. Uyuşmazlık hala devam ederse mesh yeniden oluşturulabilir. Zamandan bağımsız çözümlemelerde kaç iterasyon yeterli olur? İki iterasyon arasında hücrede gözlenen akım sahası değerlerinin ne kadar yakınsaması isteniyor? e?

Yazılımları Kullanırken Kesinlikle programı kurduktan sonra bir deneme gerçekleştirin, simülasyonu çok uzun süreler için çalıştırıp arada kontrol etmemezlik etmeyin. Sınır koşullarının doğru girilmiş olduğundan emin olun. Sonuçları irdelemeyi unutmayın. Gözden kaçan bir detay çözümün yanlış çıkmasına neden olabilir. Varsa sayısal sonuçlarınızı her zaman deneysel verilerle kıyaslayın. Bu kullandığınız yazılımın ve kurulumunuzun doğruluğunu onaylar.

Katılımınız için teşekkür ederim. İletişim için ttokyay@metu.edu.tr adresine e-posta gönderebilirsiniz.