Title
Нумеричка симулација турбулентних струјања над реалним комплексним теренима
Creator
Mirkov, Nikola S. 1982-
Copyright date
2015
Object Links
Select license
Bez licence - direktna primena zakona
License description
Ako ne izaberete neku od licenci, vaše zaštićeno delo može biti korišćeno samo u okviru opštih ograničenja autorskih prava. Na taj način ne dozvoljavate komercijalno ni nekomercijalno korišćenje, naročito reprodukciju, distribuciju, emitovanje, dostupnost i obradu dela. Izbor Creative Commons (CC) licence promoviše diseminaciju vašeg dela. Za više informacija: http://creativecommons.org.rs/licence
Language
Serbian
Cobiss-ID
Theses Type
Doktorska disertacija
description
Datum odbrane: 16.06.2015.
Other responsibilities
mentor
Rašuo, Boško, 1949-
član komisije
Bengin, Aleksandar, 1964-
član komisije
Dinulović, Mirko, 1967-
član komisije
Stevanović, Žarko.
član komisije
Bakić, Vukman, 1963-
Academic Expertise
Tehničko-tehnološke nauke
University
Univerzitet u Beogradu
Faculty
Mašinski fakultet
Alternative title
Numerical simulation of turbulent flows over real complex terrains
Publisher
[Н. С. Мирков]
Format
XII, 132 листа
description
Техничке науке - Машинство / Technical sciences - Mechanical Engineering
Abstract (sr)
У дисертацији је представљена нова и унапређена прорачунска проце-
дура базирана на методи коначних запремина, која је развијена за потребе
симулације турбулентних ваздушних струјања над реалним комплексним
теренима. У дисертацији су разматране ефикасна апроксимација ковекције,
дифузних чланова, реконструкција ћелијски-центрираних градијената, спре-
зање поља притиска и брзине преко SIMPLE алгоритма са вишеструком ре-
шавањем једначине за корекцију притиска у секвенци корака неортогонал-
них корекција. Од постојећих компонетни алгоритма биране су оне које су
показале способност за унапређени третман неортогоналности на ћелијском
нивоу, унутар прорачунске мреже, а на местима на којима је сматрано по-
требно уведене су оригиналне формулације како би се тачност прорачуна
и нумеричка ефикасност унапредиле за дати тип струјања и представљају
оригинални научни допринос ове дисертације. Посебно су обрађене сле-
деће теме: i) процедура реконструкције ћелијски ценрираних градијената,
укључујући и третман градијената притиска, ii) нови генерализивани при-
ступ апроксимацији дифузионог члана, примењивог у присуству израже-
них деформација прорачунске мреже.
Више нумеричких експеримената је приказано да би се демонстрирала
прорачунска прецизност и ефикасност предложене методе. Верификација
нумеричког алгоритма је извршена на примерима различитог нивоа ком-
плексности и намене. Почиње се реконструкцијом једноставних синтетич-
ких функција, осмишљених да истакну одређене недостатке постојећих ал-
горитама за струјања у изразито неортогоналним геометријама. Тестови су
такође извршени на аналитичким решењима Навије-Стоксових једначина,
затим су приказани резултати поређења са другим нумеричким симулаци-
јама, изведених са сличним алгоритмима, вршена су поређења са резулта-
тима испитивања у аеротунелима, и напокон вршена су поређења симула-
ција са мерењима над реалним комплексним брдовитим теренима у реал-
ном, атмосферском окружењу.
Нумерички експерименти показују да су постигнута значајна унапре-
ђења са предложеном нумеричком процедуром, у односу на конвенционалне
нумеричке процедуре. Тестови апроксимације ћелијски центрираних гра-
дијената користећи синтетичка решења су показали да је предложени при-
ступ способан да оствари поклапање на нивоу рачунарске прецизности, чак
и на изузетно деформисаним мрежама. У тестовима који укључују стру-
јања са аналитичким решењима, метод је показао очекивани други ред тач-
ности на униформним праволинијским мрежама. На деформисаним мре-
жама, нове шеме за дискретизацију дифузије су показале значајно побољ-
шање како у прецизности прорачуна, тако и у брзини конвергенције, у по-
ређењу са другим приступима који су такође укључивали корекције неор-
тогоналности. Резултати су показали да није довољно узети у обзир само
искошеност прорачунских ћелија унутар мреже, већ да је потребно узети у
обзир појам отклона тачке пресека, који је дефинисан у овој дисертацији,
уколико постоји потреба за већом прецизношћу прорачуна. Једно од нај-
значајнијих достигнућа је везано за могућност да се тачно представи поље
притиска, у случајевима наглих деформација, какве се често виђају на мре-
жама које представљају реалне комплексне топографије.
Резултати приказани у дисертацији су од практичног значаја у случају
симулације ветра над комплексним топографијама у атмосферском окру-
жењу, са посебном применом у енергији ветра.
Abstract (en)
This disertation presents a new and substantially improved finite volume procedure
for simulation of incompressible flows on non-orthogonal grids. Cellcentered
least-squares gradients are obtained in a robust and highly accurate way.
A new discretization of the diffusive terms is employed, which is based on extension
of the original cell-face gradient interpolation and is more suitable for complex
grid distortions. A flexible flux-limited interpolation of dependent variables
on distorted computational grids is introduced. An efficient preconditioner
for Krylov method solution of linear systems is proposed, which substantially
improves the solution of Poisson equation for pressure correction. The pressurecorrection
algorithm is adapted for efficient convergence on highly complex grids
using a sequence of non-orthogonal corrector solutions and its effect on iteration
convergence is analyzed. The non-orthogonalities treated by current procedure
are more accustomed to numerical grids generated from a real complex terrain
elevation data. The main focus is on the simulation of atmospheric micro-scale
flows pertinent to wind energy application.
Authors Key words
Прорачунска механика флуида, метода коначних запремина, атмосферски
гранични слој, симулација турбуленције, неортогоналне мреже
Authors Key words
finite volume method, unsteady incompressible flow, cell-centered approach, pressurecorrection,
preconditioner, non-orthogonal grids, complex terrain
Classification
532.517.4:519.6(043.3)
Type
Tekst
Abstract (sr)
У дисертацији је представљена нова и унапређена прорачунска проце-
дура базирана на методи коначних запремина, која је развијена за потребе
симулације турбулентних ваздушних струјања над реалним комплексним
теренима. У дисертацији су разматране ефикасна апроксимација ковекције,
дифузних чланова, реконструкција ћелијски-центрираних градијената, спре-
зање поља притиска и брзине преко SIMPLE алгоритма са вишеструком ре-
шавањем једначине за корекцију притиска у секвенци корака неортогонал-
них корекција. Од постојећих компонетни алгоритма биране су оне које су
показале способност за унапређени третман неортогоналности на ћелијском
нивоу, унутар прорачунске мреже, а на местима на којима је сматрано по-
требно уведене су оригиналне формулације како би се тачност прорачуна
и нумеричка ефикасност унапредиле за дати тип струјања и представљају
оригинални научни допринос ове дисертације. Посебно су обрађене сле-
деће теме: i) процедура реконструкције ћелијски ценрираних градијената,
укључујући и третман градијената притиска, ii) нови генерализивани при-
ступ апроксимацији дифузионог члана, примењивог у присуству израже-
них деформација прорачунске мреже.
Више нумеричких експеримената је приказано да би се демонстрирала
прорачунска прецизност и ефикасност предложене методе. Верификација
нумеричког алгоритма је извршена на примерима различитог нивоа ком-
плексности и намене. Почиње се реконструкцијом једноставних синтетич-
ких функција, осмишљених да истакну одређене недостатке постојећих ал-
горитама за струјања у изразито неортогоналним геометријама. Тестови су
такође извршени на аналитичким решењима Навије-Стоксових једначина,
затим су приказани резултати поређења са другим нумеричким симулаци-
јама, изведених са сличним алгоритмима, вршена су поређења са резулта-
тима испитивања у аеротунелима, и напокон вршена су поређења симула-
ција са мерењима над реалним комплексним брдовитим теренима у реал-
ном, атмосферском окружењу.
Нумерички експерименти показују да су постигнута значајна унапре-
ђења са предложеном нумеричком процедуром, у односу на конвенционалне
нумеричке процедуре. Тестови апроксимације ћелијски центрираних гра-
дијената користећи синтетичка решења су показали да је предложени при-
ступ способан да оствари поклапање на нивоу рачунарске прецизности, чак
и на изузетно деформисаним мрежама. У тестовима који укључују стру-
јања са аналитичким решењима, метод је показао очекивани други ред тач-
ности на униформним праволинијским мрежама. На деформисаним мре-
жама, нове шеме за дискретизацију дифузије су показале значајно побољ-
шање како у прецизности прорачуна, тако и у брзини конвергенције, у по-
ређењу са другим приступима који су такође укључивали корекције неор-
тогоналности. Резултати су показали да није довољно узети у обзир само
искошеност прорачунских ћелија унутар мреже, већ да је потребно узети у
обзир појам отклона тачке пресека, који је дефинисан у овој дисертацији,
уколико постоји потреба за већом прецизношћу прорачуна. Једно од нај-
значајнијих достигнућа је везано за могућност да се тачно представи поље
притиска, у случајевима наглих деформација, какве се често виђају на мре-
жама које представљају реалне комплексне топографије.
Резултати приказани у дисертацији су од практичног значаја у случају
симулације ветра над комплексним топографијама у атмосферском окру-
жењу, са посебном применом у енергији ветра.
“Data exchange” service offers individual users metadata transfer in several different formats. Citation formats are offered for transfers in texts as for the transfer into internet pages. Citation formats include permanent links that guarantee access to cited sources. For use are commonly structured metadata schemes : Dublin Core xml and ETUB-MS xml, local adaptation of international ETD-MS scheme intended for use in academic documents.