Development of a navier stokes solver for compressible viscous flows and coupling it with optimization codes
Tezin Türü: Yüksek Lisans
Tezin Yürütüldüğü Kurum: Hacettepe Üniversitesi, Fen Bilimleri Enstitüsü, MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ ANABİLİM DALI, Türkiye
Tezin Onay Tarihi: 2019
Tezin Dili: İngilizce
Öğrenci: BURAK PEHLİVAN
Danışman: Özgür Ekici
Açık Arşiv Koleksiyonu: AVESİS Açık Erişim Koleksiyonu
Özet:Tezde, sıkıştırılamaz ve sıkıştırılabilir akışlar için Navier Stokes çözücüleri geliştirilmiştir. Kodlar, sonrasında optimizasyon algoritmalarıyla eşlenerek optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Sıkıştırılamaz 2 boyutlu akışta, sadece 3 denklem (u, v, P) gerekliyken sıkıştırılabilir 2 boyulu akışta 5 denklem (u, v, P, T, ρ) gereklidir. Sıkıştırılabilir akış çözücüleri genellikle çözüm için daha uzun süre gerektirir. Normalde mevcut olan ticari akış çözücüleri sıkıştırılabilir ya da sıkıştırılamaz akış çözücüsü olarak çalışırlar. Daha hızlı bir şekilde çözüme yakınsama daha düşük mertebeden bir algoritma, kaba bir ağ ya da problemi sıkıştırılamaz olarak çözmekle mümkün olur. Bunun yanında, hesaplamalı aerodinamikte, 3 boyutlu geometrilerde hızlı çözümler öncelikle sıkıştırılamaz akış çözümleriyle mümkün olur, daha sonra çözümde iyileştirme sıkıştırılabilir akış çözücüsüyle elde edilir, böylece iki çözüm gerçekleştirilir (iki adımlı yaklaşım). Buradaki temel düşünce, problemi önce bir sıkıştırılamaz akış problemi olarak çözüp, daha sonra elde edilen sonuçları sıkıştırılamaz akış çözümünde ilk şart olarak kullanarak yakınsamayı iyileştirmektir. Böyle bir kodun yararları: •İki çözümü birlikte ele alabilecek yapıya sahip bir kodun geliştirilmesi tercih sebebi olacaktır. •Kökten geliştirilmiş bir Navier Stokes çözücünün geliştirilmesi çeşitli fiziksel modelleri (viskozite, türbülans, ideal olmayan gaz denklemi modelleri) ve farklı ayrıklaştırma modellerini uygulamaya imkan vererek farklı problem uygulamalarında esneklik sağlayacaktır. •Kökten geliştirilen bir kodu (akış çözücüsü) optimizasyon kodlarıyla birlikte kullanmak, hazır ticari çözücülerle birlikte optimizasyon kodlarını kullanmaya kıyasla çok daha kolaydır. Ticari akış çözücülerinde, akış çözücüsünün kodun optimizasyon koduyla eşlenmesi scriptleme işlemini (programın çıktı dosyasında belirli satırları okuma) gerektirir, bu problemlere sebep olabilir ve binlerce dosyanın yazılması/silinmesi, işlenmesi ve akış çözücüsünün pek çok kez açılmasını gerektirdiği için genel çözümü yavaşlatabilir. Sıkıştırılabilir akışlar için geliştirilen akış çözücüsü, sıkıştırılabilir akış çözücüsüyle ön koşullandırmaya tabi tutulmuştur. Sahte geçici relaksasyon uygulanarak sıkıştırılabilir ve sıkıştırılamaz akış çözücüleri arasındaki uyum arttırılmıştır. Ön koşullandırmanın çözüm stabilitesini arttırdığı, çözüm süresinde tasarruf sağlayabildiği gözlemlenmiştir. Geliştirilen akış çözücüleri, kapak güdümlü kavite ve çarpan jet akış problemlerine uygulanmıştır. Sıkıştırılamaz ve sıkıştırılabilir akış rejimleri için elde edilen sonuçlar, var olduğu durumda literatürdeki sonuçlarla kıyaslanmış, iyi bir uyum gözlemlenmiştir. Son olarak, optimizasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. Çözücü parametrelerinin optimizasyonu kapsamında, relaksasyon parametreleri, momentum ve basınç düzeltme denklemlerine uygulanan iterasyon sayısı değiştirilerek hesaplama zamanında azalma sağlanmıştır. Çarpan jet akışına yönelik optimizasyon çalışmaları kapsamında, ısı transferi açısından önem taşıyan durma noktası Nusselt sayısı maksimize edilmeye çalışılmış, bunun için sınır şartlarının yanı sıra, geometrik parametreler değişken olarak alınmıştır. Durma noktası Nusselt sayısını maksimize eden parametreler seti elde edilmiştir. Kapak güdümlü akış problemine yönelik örnek bir optimizasyon uygulaması olarak, kapak güdümlü akış için optimizasyon uygulaması geliştirilerek belirli bir hedef sıcaklık için gerekli ısı kuyusu yeri ve sınır şartları optimize edilmiştir.