عنوان پایان‌نامه
شبیه سازی عددی جریان تراکم پذیر لزج دو بعدی حول ایرفویل با استفاده از روش فشرده چند بلوکی
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک تبدیل انرژی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2608;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 62875
- تاریخ دفاع
- ۲۵ دی ۱۳۹۲
- دانشجو
- مجید الله یاری
- استاد راهنما
- وحید اصفهانیان
- چکیده
- امروزه توجه بسیاری از محققان علم دینامیک سیالات محاسباتی معطوف به استفاده از روش‌های مرتبه بالا شده‌است. این دسته از روش‌ها امکان پیش‌بینی خواص جریان در مقیاس‌های کوچک با دقت بالا را درعین استفاده از حافظه کم فراهم می‌آورند. با وجود توسعه تعداد زیادی روش‌های مرتبه بالا به‌کارگیری آنها در هندسه‌های پیچیده محدود است. علیرغم مزایایی که روش‌های حجم محدود، روش‌های المان محدود و روش‌های گالرکین گسسته همراه با سیستم شبکه بی‌ساختار در شبیه‌سازی جریان در هندسه‌های پیچیده دارند، روش‌های تفاضل محدود باساختار بهدلیل شبیه‌سازی دقیق لایه‌مرزی، هزینه محاسباتی کمتر و سهولت در اعمال روش رایج هستند. یکی از راه‌های حل عددی جریان در هندسه‌های پیچیده بااستفاده از روش‌های تفاضل محدود به‌کارگیری روش چندبلوکی می‌باشد. این پایان‌نامه به استفاده از روش تفاضل محدود فشرده با دقت مرتبه بالا در ناحیه محاسباتی چندبلوکی به‌منظور شبیه‌سازی عددی جریان تراکم‌پذیر می‌پردازد. برای پیشروی زمانی، روش خطی‌سازی بیم-وارمینگ به‌همراه روش ADI به‌کار گرفته می‌شوند. همچنین، روش تفاضل محدود فشرده مرتبه چهارم برای گسسته‌سازی مکانی استفاده می‌گردد. ابتدا جریان شبه یک‌بعدی تراکم‌پذیر غیرلزج درون نازل شوبین شبیه‌سازی می‌شود. نتایج تک‌بلوکی و چندبلوکی تطابق خوبی با نتایج تحلیلی نازل شوبین دارند. به‌منظور تولید شبکه مناسب برای شبیه‌سازی جریان دوبعدی، روش‌های مختلف تولید شبکه، کیفیت و تعامد خطوط در آنها بررسی و مقایسه می‌شوند. سپس جریان تراکم‌پذیر حول یک برآمدگی کوچک و حول ایرفویل با استفاده از روش چندبلوکی شبیه‌سازی می‌گردد. نتایج تک‌بلوکی و چندبلوکی تطابق مناسبی با یکدیگر و با نتایج ارائه‌‍شده در تحقیقات پیشین دارند. درنهایت موازی‌سازی روش چندبلوکی بااستفاده از کتابخانه MPI انجام می‌گیرد.
- Abstract
- Nowadays, attention of many researchers in computational fluid dynamics has been attracted in use of high-order methods. This class of methods, predict the flow properties at small scales with high accuracy while taking advantage of low memory. Despite the development of many high-order methods, their applications in complex geometries are limited. Although the Finite Volume Methods (FVM), the Finite Element Methods (FEM) and the Discontinuous Galerkin (DG) schemes with unstructured grid system have advantages in treating complex geometries, the Finite Difference Methods (FDM) with the structured grid system are common due to proper simulation of boundary layer, low computational costs, and ease of implementation. Applying a multi-block method is one of remedies to perform a simulation using finite difference methods on complex geometries. In this thesis, the use of compact finite-difference method with high-order accuracy in the multi-block computational domain is investigated for numerical simulation of compressible flows. The Beam-Warming linearization scheme along with Alternating Direction Implicit (ADI) method are employed for time-advancement. In addition, the fourth-order compact finite-difference scheme is implemented for spatial discretization. As the first test case, the quasi one-dimensional compressible flow inside Shubin nozzle is investigated. Results of single-block as well as multi-block methods agree well with analytical results of Shubin nozzle. In order to generate the appropriate grid for two-dimensional flow simulation, different methods of grid generation, quality and orthogonality of their lines are examined and compared. Then, compressible flow over a bump and around the airfoil is simulated using multi-block method. Results of single-block and multi-block methods are in accordance with the results presented in previous studies. Finally, parallelization of the multi-block method is carried out using MPI library. Keywords: Numerical Solution, Compact Method, Multi-block, High-order Accuracy, Parallelization.
