Tez Arşivi

Tez aramanızı kolaylaştıracak arama motoru. Yazar, danışman, başlık ve özetlere göre tezleri arayabilirsiniz.


İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Uçak ve Uzay Mühendisliği Anabilim Dalı

2017

A new large eddy simulation solver for wall-bounded turbulent flows

Duvarla çevrili türbülanslı akışlar için yeni bir büyük girdap benzetimi çözücüsü

Bu tez, YÖK tez merkezinde bulunmaktadır. Teze erişmek için tıklayın. Eğer tez bulunamazsa, YÖK Tez Merkezi'ndeki tarama bölümünde tez numarasını arayabilirsiniz. Tez numarası: 467157

Tezi Bul
Özet:

Bu çalışma kapsamında havacılık ve uzay alanında karşılaşılan duvarla çevrili türbülanslı akış problemlerinin çözümüne yönelik modüler ve ölçeklenebilir bir büyük girdap benzetimi (LES) çözücüsü, Lestr3d, geliştirilmiştir. Bu amaçla sıkıştırılabilir LES denklemleri hücre merkezli sonlu hacimler yöntemi kullanılarak yapısal olmayan çözüm ağları için ayrıklaştırılmıştır. Uzaysal ayrıklaştırma ikinci mertebeden hücre merkezli şema ile sağlanmıştır. Hücre merkezli ayrıklaştırma şemasının sebep olduğu fiziksel olmayan çözümleri sönümlemek için Jameson-Schmidt-Turkel şeması kullanılmıştır. Zamanda açık integrasyon beş kademeli Runge-Kutta şeması ile gerçekleştirilmiştir. FORTAN dili ile yazılan çözücü Message-Passing Interface kütüphaneleri ile paralelleştirilmiştir. Yapısal olmayan çözüm ağlarının parsellenmesi için METIS yazılımı kullanılmıştır. Çözücünün ölçeklenebilirlik performansı iki farklı yüksek başarımlı hesaplama merkezinde test edilmiştir. Elde edilen sonuçlar çözücünün 512 hesaplama çekirdeğine kadar iyi bir ölçeklenebilirlik performansı sergilediğini ortaya koymuştur. Çözücünün doğrulaması kübik oyuk akışı ve ters-basamak akışı problemlerinin büyük girdap benzetimleri ile gerçekleştirilmiştir. Çözücünün havacılık ve uzay alanındaki daha karmaşık problemlerin fiziğini çözümleyebilme kabiliyetlerini sergilemek adına lineer sıralı T106 türbin palası üzerindeki akışın büyük girdap benzetimi gerçekleştirilmiştir. Sonuçlar geliştirilen Lestr3d çözücüsünün duvarla çevrili karmaşık türbülanslı akış problemlerinin fiziğini başarılı bir şekilde çözümleyebildiğini göstermektedir.

Summary:

In this study, a new, modular, and scalable large eddy simulation (LES) solver, Lestr3d, to be used in the analysis of wall-bounded turbulent flow problems encountered in the aerospace field is developed. To this end, compressible LES equations are discretized on unstructured grids using the collocated finite volume method. Spatial discretization is carried out using the second order cell centered scheme. The Jameson-Schmidt-Turkel artificial dissipation scheme is employed in order to damp non-physical solutions due to cell centered spatial discretization scheme. Explicit time integration is carried out using the five stage Runge-Kutta scheme. The solver is written in FORTAN language and parallelization is carried out using Message-Passing Interface libraries. Decomposition of unstructured grids is carried out via METIS software. Scalability performance of the solver is tested on two different high performance computing centers. Results show that a good scaling is obtained up to 512 computational cores. Validation of the solver is carried out by LES of lid-driven cavity problem on a cubical domain and LES of spatially developing backward-facing step flow. In order to demonstrate the solver's ability to capture physics of complexer problems encountered in the aerospace field, LES of the flow over T106 blade is performed on a linear cascade. Results show that the developed Lestr3d solver can successfully resolve physics of wall-bounded complex turbulent flow problems.