Προσομοίωση ροής υγρού υμένα πάνω σε κεκλιμένο τοίχωμα, κυματοειδώς διαμορφωμένο, με τη μέθοδο των πεπερασμένων στοιχείων

Abstract

Στην παρούσα διπλωματική εργασία μελετήθηκε η ροή ενός υγρού υμένα πάνω σε κυματοειδές τοίχωμα. Το ενδιαφέρον για τη ροή υγρού υμένα υπαγορεύεται τόσο από την πληθώρα βιομηχανικών εφαρμογών όσο και από τη θεμελιώδη σημασία της στην κατανόηση βασικών υδροδυναμικών μεταπτώσεων. Ειδικότερα, η κατάλληλη επιλογή των χαρακτηριστικών του κυματοειδούς τοιχώματος αναμένεται να οδηγήσει στην εντατικοποίηση των φαινομένων μεταφοράς θερμότητας ή/και μάζας διαμέσου του υμένα. Η μελέτη της ροής έγινε υπολογιστικά, με αριθμητική επίλυση των εξισώσεων Navier-Stokes για Νευτώνειο υγρό. Κατάλληλες συνοριακές συνθήκες επιλέχτηκαν για την περιγραφή της εισόδου και της εξόδου του υγρού από το υπολογιστικό πεδίο, έτσι ώστε η προσομοίωση να προσεγγίζει κατά το δυνατόν το φυσικό πείραμα. Κύρια υπολογιστική συνεισφορά της παρούσας εργασίας είναι η εισαγωγή των συνθηκών του περιοδικού τοιχώματος. Για την προσομοίωση χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος κατά Galerkin των πεπερασμένων στοιχείων. Οι λύσεις που υπολογίστηκαν είναι μόνιμες, δηλαδή δεν μεταβάλλονται χρονικά. Διερευνήθηκαν δύο βασικά χαρακτηριστικά της ροής υγρού υμένα πάνω σε περιοδικό τοίχωμα. Η εμφάνιση δινών αποκόλλησης στις κοιλότητες του τοιχώματος και η παραμόρφωση της ελεύθερης επιφάνειας της ροής. Τα χαρακτηριστικά αυτά εξετάστηκαν συστηματικά ως συνάρτηση του αριθμού Reynolds της ροής και του βάθους του κυματισμού του τοιχώματος.