Numerično modeliranje toka mikropolarnih tekočin z metodo robnih elementov : doktorska disertacija

slovenski

doktorska dela

2009

Disertacije   hitrostno vrtinčna formulacija   mešana konvekcija   metoda robnih elementov   mikropolarne tekočine   naravna konvekcija   robno območna integralska metoda   Tekočine   tok v kanalu

Univerza v Mariboru, Fakulteta za strojništvo

V delu je predstavljen nov pristop k numeričnemu modeliranju tokov mikropolarnih tekočin z metodo robnih elementov. Sama teorija mikropolarnih tekočin zajema določene reološko kompleksne tekočine, pri katerih je prisoten še mehanizem rotacije notranjih struktur toka tekočine, kar ni zajeto v klasičnem sistemu Navier-Stokesovih enačb. V nalogi je predstavljeno reševanje toka tekočine s pomočjo teorije mikropolarnih tekočin, izvedeno z vključitvijo dodatnih členov v prenosno enačbo gibalne količine in reševanjem dodatne prenosne enačbe za mikrorotacijo v okviru sistema enačb, zapisanih v hitrostno vrtinčni formulaciji. Predstavljena je izpeljava vodilnih enačb, od začetnih zakonov ohranitve, zapisanih v obliki parcialno diferencalnih enačb, do integralske in na koncu diskretizirane oblike enačb za reševanje toka mikropolarnih tekočin z metodo robnih elementov. Sledi predstavitev numeričnega algoritma reševanja diskretiziranih enačb. Izpeljani algoritem, temelječ na že obstoječem algoritmu reševanja tokov z uporabo klasičnih Navier-Stokesovih enačb, je preizkušen na primerih naravne konvekcije v kotanji, prisilne konvekcije toka tekočine v kanalu ter primeru mešane konvekcije v kotanji z izvorom toplote. Primerjava rezultatov, dobljenih s pomočjo novo razvitega numeričnega algoritma, z referenčnimi rezultati drugih avtorjev, kaže na uspešnost vključitve teorije mikropolarnih tekočin v numerični algoritem na osnovi metode robnih elementov za reševanje toka tekočine s pomočjo klasične teorije Navier-Stokesovih enačb. Teoretične izpeljave in numerične simulacije podrobno obravnavajo izvor in pomen novih modelnih parametrov, ki jih vpeljemo v teoriji mikropolarnih tekočin. Rezultati izvedenih numeričnih simulacij kažejo na pomembno občutljivost tokovnega kot tudi temperaturnega polja na različne vplivne parametre mikropolarnih tekočin. Izpeljani numerični algoritem tako pomembno širi uporabnost metod računalniške dinamike tekočin na osnovi metode robnih elementov tudi na področje numerične simulacije toka mikropolarnih tekočin.

08.08.2023