Computational fluid dynamics simulations of thermal flows in various applications

Julkaisun otsikon käännös: Laskennallisia virtausdynamiikan simulaatioita termisistä virtauksista moninaisissa sovelluksissa

Alpo Laitinen

Tutkimustuotos: Doctoral ThesisCollection of Articles

Abstrakti

Tämä väitöskirja kuuluu laskennallisen fysiikan aihepiiriin. Eritoten, laskennallisen virtausdynamiikan (computational fl uid dynamics) metodeja käytetään simuloimaan lämmönsiirron ja fl uidivirtausten ilmiöitä, metodologinen painopiste suurten pyörteiden menetelmän (large eddy simulation) käyttämisessä. Työn yleinen tarkoitus on käyttää LES:iä moninaisissa yhteiskunnallisesti merkityksellisissä sovelluksissa eri mittakaavoissa. Tämäväitöskirja on yksi uraauurtavista töistä LES:n käytöstä konjugaattilämmönsiirrossa, soodakattilassa ja sisäilmavirtauksessa. Julkaisussa I suunniteltiin ja numeerisesti analysoitiin virtauskanavia sisältävä nestejäähdytyslämmönvaihdin tehokkaan elektroniikan jäähdyttämistä varten. Julkaisussa on raportoitu myös tekijöiden tekemiä kokeita lämmönvaihtimen toimivuuden vahvistamiseksi. Numeerinen analyysi suoritettiin kolmella eri turbulenssimallilla, ja vertailu paljasti merkittäviä eroja lämmönsiirtokyvyssä olennaisten virtausominaisuuksien tunnistamisen perusteella.Erityisesti turbulenssitason yliarvioinnin havaittiin myös yliarvioivan turbulenttia lämmönsiirtoa ja siten aliarvioivan pinnan lämpötilatasoja. Julkaisussa II analysoitiin LES:llä soodakattila, jossa oli kaksi erilaista ilmasuihkukonfiguraatiota. Virtauskentän lisäksi mustalipeäpisaroiden dispersiota simuloitiin kiinteinä hiukkasina Lagrangen hiukkasseurannalla (lagrangian particle tracking). Kahdessa suihkukonfi guraatiossa oli erojakuuman ja kylmän kaasun sekoituksessa sekä hiukkasten leviämisessä. Porrastettu suihkukonfi guraatio tarjosi tasaisemmat lämpötilatasot verrattuna vastakkain asteltuihin suihkuihin. Porrastetussa konfi guraatiossa havaittiin kuitenkin huomattavasti enemmän likaantumista. Julkaisussa III suuri huone, jossa oli koneellinen ilmanvaihto, simuloitiin käyttämällä LES:ää. Simulaatiotapauksen motiivina oli tosielämän SARS-CoV-2-viruksen superleviämistapahtuma kuoroharjoituksen aikana. Simulaation painopisteenä olivat lämmityspatterien ja kuoroon osallistuvien synnyttämät lämpöpluumit sekä nosteen vaikutus hengitysaerosolien leviämiseen. Nosteen havaittiin lisäävän hengitysaerosolien turbulenttia leviämistä merkittävästi. Popen kriteeriä käytettiin numeerisen ratkaisun verifi oinniksi julkaisuissa II ja III. Yhteenvetona voidaan todeta, että mittakaavat ratkaisevien tekniikoiden (esim. LES) käyttö vaikuttaa tärkeältä simuloidessa virtauksia, joilla on turbulenssisiirtymäominaisuuksia, ja tuottavat voimakkaastiturbulenssia mikä vaikuttaa esimerkiksi hiukkasten leviämiskuvioihin tai seinämän lämmönsiirtoon.
Julkaisun otsikon käännösLaskennallisia virtausdynamiikan simulaatioita termisistä virtauksista moninaisissa sovelluksissa
AlkuperäiskieliEnglanti
PätevyysTohtorintutkinto
Myöntävä instituutio
  • Aalto-yliopisto
Valvoja/neuvonantaja
  • Vuorinen, Ville, Vastuuprofessori
  • Vuorinen, Ville, Ohjaaja
Kustantaja
Painoksen ISBN978-952-64-1382-2
Sähköinen ISBN978-952-64-1383-9
TilaJulkaistu - 2023
OKM-julkaisutyyppiG5 Artikkeliväitöskirja

Tutkimusalat

  • turbulenssi
  • lämmönsiirto
  • laskennallinen virtausdynamiikka
  • suurten pyörteiden metodi

Sormenjälki

Sukella tutkimusaiheisiin 'Laskennallisia virtausdynamiikan simulaatioita termisistä virtauksista moninaisissa sovelluksissa'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.

Siteeraa tätä