Témata prací (Výběr práce)Témata prací (Výběr práce)(verze: 368)
Detail práce
   Přihlásit přes CAS
Simulace turbulence v rovinném kanále
Název práce v češtině: Simulace turbulence v rovinném kanále
Název v anglickém jazyce: Simulation of turbulence in a plane channel
Klíčová slova: turbulence, počítačová dynamika tekutin, simulace velkých vírů, mezní vrstva, proudění v kanále
Klíčová slova anglicky: turbulence, computational fluid dynamics, large eddy simulation, boundary layer, channel flow
Akademický rok vypsání: 2017/2018
Typ práce: projekt
Jazyk práce:
Ústav: Katedra fyziky atmosféry (32-KFA)
Vedoucí / školitel: Mgr. Vladimír Fuka, Ph.D.
Řešitel:
Zásady pro vypracování
Cílem projektu je ověřit schopnost modelu ELMM (https://bitbucket.org/LadaF/elmm) simulovat turbulentní proudění nad hladkým povrchem a zejména určit nejvhodnější kombinaci parametrů modelu. Uvažované parametry jsou rozlišení výpočetní sítě, délka časového kroku, volba modelu podměřítkové turbulence a volba numerické diskretizace.

Řešitel provede sadu simulací proudění v kanále mezi dvěma rovinnými hladkými deskami s periodickými okrajovými podmínkami v horizontálních směrech. Proudění bude řízeno konstantním tlakovým gradientem ve směru x který určuje výsledné napětí na stěně Reynoldsovo číslo Re_τ. Řešitel porovná přesnost simulací s výsledky přímých numerických simulací (DNS) z dostupné literatury (Moser, Kim, Mansour, 1999; Hoyas, Jiménez, 2006). Porovnávané veličiny budou vertikální profily průměrné rychlosti, diagonálních prvků Reynoldsova tenzoru napětí. Vyhodnocen bude vliv zvolených parametrů modelu na přesnost výsledků.
Seznam odborné literatury
Pope (2000) Turbulent Flows, Cambridge University Press, 1. edition, ISBN 978-0521598866.

Schlichting, Gersten (2000) Boundary-Layer Theory, Springer, 8. edition, ISBN 978-3540662709. (případně jiné vydání)

Moser, Kim, Mansour (1999) Direct numerical simulation of turbulent channel flow up to Re_t = 590, Physics of fluids 11, No. 4, 943-945.

Hoyas, Jiménez (2006) Scaling of the velocity fluctuations in turbulent channels up to Re_t = 2003, Physics of fluids 18, 011702.
Předběžná náplň práce
Přes velkou jednoduchost geometrie je proudění mezi dvěma rovinnými deskami důležitým modelovým případem proudění. Pro dostatečně vysoká Reynoldsova čísla je proudění turbulentní a nelze ho řešit analyticky.

Počítačová simulace všech struktur (vírů) v turbulentních prouděních je velice náročná a i pro středně velká Reynoldsova čísla vyžaduje použití superpočítačů a často velkého množství drahého procesorového času. Takovéto simulaci se říká přímá numerická simulace (direct numerical simulation - DNS). Simulace velkých vírů (large eddy simulation - LES) je metoda, která umožňuje řešit praktické problémy s turbulentním prouděním s výrazně menšími náklady, protože struktury menší než jisté měřítko jsou simulovány explicitně, ale jejich efekt je modelován přibližnými "modely podměřítkové turbulence".

Tento projekt umožní získat základní zkušenosti s matematickým modelováním turbulentního proudění a se základními vlastnostmi turbulentních mezních vrstev.
 
Univerzita Karlova | Informační systém UK