Courses

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΤΗ ΡΕΥΣΤΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΚΑΙ ΤΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ

General

Course Contents

• Εξίσωση μεταφοράς: αναφορά στους μηχανισμούς συναγωγής, διάχυσης και πηγής. Παρουσίαση
εξισώσεων Navier–Stokes (συνέχειας και ορμής) και ενέργειας και επεξήγηση των διάφορων όρων.
• Συνοπτική παρουσίαση της Αριθμητικής Ανάλυσης. Επίλυση αλγεβρικών συστημάτων.
Γραμμικοποίηση αλγεβρικών εξισώσεων. Αριθμητικό σφάλμα.
• Προσέγγιση παραγώγου με σειρές Taylor. Ανάντη, κατάντη και κεντρώα παραγώγιση. Σφάλμα
αποκοπής.
• Διακριτοποίηση, υπολογιστικό πλέγμα και οριακές συνθήκες.
• Βιομηχανική εφαρμογή Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής με επίδειξη πραγματικών υλοποιημένων
έργων.
• Παραδείγματα περιπτώσεων ροών με επίλυση στο excel ή σε εμπορικό πακέτο Υπολογιστικής
Ρευστοδυναμικής:

  1. Μονοδιάστατη, μόνιμη μετάδοση θερμότητας σε ράβδο (επίλυση με υπολογισμούς και στο
    Excel):
  2. Μονοδιάστατη, μη–μόνιμη ψύξη/θέρμανση (σημειακού) σώματος (επίλυση με υπολογισμούς και στο Excel).
  3. Επίλυση στο Excel με trial-and-error της εξίσωσης καύσης υδρογονανθράκων τύπου CαΗβΟγ με αέρα. Οι υπολογισμοί θα λαμβάνουν υπόψη δεδομένο υπερ–στοιχειομετρικό λόγο λ, τη
    θερμοκρασία του οξειδωτικού αέρα και τη μεταβολή της θερμοχωρητικότητας των αερίων με τη
    θερμοκρασία για να υπολογιστεί η περιεκτικότητα των καυσαερίων και η αδιαβατική θερμοκρασία καύσης.
  4. Επίλυση δισδιάστατου οριακού στρώματος, στρωτής και τυρβώδους ροής, με αρνητική και
    θετική κλίση πίεσης, αποκόλληση και επανακόλλησή του.
  5. Επίλυση με τη μέθοδο Runge-Kutta ενός κατάλληλου προβλήματος (π.χ., τροχιά σωματιδίου μέσα σε δεδομένη ροή ρευστού) με το excel.

Educational Goals

Μετά την επιτυχή παρακολούθηση του μαθήματος, αναμένεται πως οι φοιτητές θα είναι σε θέση:
Να γνωρίζουν και να κατανοούν:

  • Τις πηγές και το μέγεθος των διαφόρων ειδών σφάλματος που μπορεί να εμφανιστούν σε όλη τη
    διαδικασία μία μελέτης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής.
  • Τη φυσική ερμηνεία της εξίσωσης μεταφοράς.
  • Τα βασικά σχήματα διακριτοποίησης, με βάση τις σειρές Taylor, που χρησιμοποιούνται στην Υπολογιστική Ρευστοδυναμική και για ποιον όρο της εξίσωσης μεταφοράς ενδείκνυνται το καθένα.
  • Τη διαδικασία μοντελοποίησης, επίλυση και επεξεργασίας σε μία ολοκληρωμένη μελέτη
    Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής.
  • Να χρησιμοποιούν ένα εμπορικά διαθέσιμο λογισμικό Υπολογιστικής Ρευστο-δυναμικής σε Η/Υ.
  • Τις βασικές αρχές ορθής πλεγματοποίησης και τα κατάλληλα γεωμετρικά σχήματα των
    πεπερασμένων όγκων.
  • Την τριδιάστατη απεικόνιση της ροής και των χαρακτηριστικών της, όπως περιοχές αποκόλλησης και ανακυκλοφορίας, ανακοπής, ανάμιξης, έντονης διάτμησης, κ.λπ.

Να μπορούν να εφαρμόζουν:

  • Τη διακριτοποίηση με σειρές Taylor σε απλά προβλήματα και την επίλυσή τους στο excel ή σε
    υπολογισμούς στο χαρτί.
  • Τη μεθοδολογία και όλα τα απαραίτητα βήματα σε ένα εμπορικά διαθέσιμο πακέτο Υπολογιστικής
    Ρευστοδυναμικής.

General Skills

• Αναζήτηση, ανάλυση και σύνθεση δεδομένων και πληροφοριών για επίλυση προβλημάτων.
• Αυτόνομη εργασία
• Ομαδική εργασία
• Λήψη αποφάσεων.
• Προαγωγή της ελεύθερης, δημιουργικής και επαγωγικής σκέψης

Teaching Methods

Πρόσωπο με πρόσωπο

Use of ICT means

Χρήση του Συστήματος Ηλεκτρονικής Εκπαίδευσης της
Πανεπιστημιούπολης Σερρών (https://elearning.cm.ihu.gr/)
– Επικοινωνία με τους φοιτητές μέσω e-mail.

Teaching Organization

ActivitySemester workload
Διαλέξεις117
Ασκήσεις Πράξης13
Total130

Students Evaluation

Τελική γραπτή εξέταση στην ύλη των Διαλέξεων και των Ασκήσεων Πράξης στην Ελληνική Γλώσσα, η οποία περιλαμβάνει επίλυση πρακτικών προβλημάτων (ασκήσεις) και θεωρητικές ερωτήσεις.

Προαιρετική εργασία μελέτης Υπολογιστικής Ρευστοδυναμικής με δωρεάν (για φοιτητές) διαθέσιμο εμπορικό λογισμικό πακέτο.

Οι φοιτητές βαθμολογούνται με βάση το εάν και κατά πόσον έχουν επιλύσει σωστά τα προβλήματα και έχουν απαντήσει ορθά στις ερωτήσεις της γραπτής εξέτασης. Οι ορθές απαντήσεις/λύσεις των θεμάτων της εξεταστικής αναρτώνται στη σελίδα του μαθήματος.

Recommended Bibliography

1. Ασημακόπουλος, Δ. & Μαρκάτος, N., “Υπολογιστική Ρευστοδυναμική”, Παπασωτηρίου, 1995.
2. Μπεργελές, Γ., “Υπολογιστική Ρευστομηχανική”, Συμεών, 1999.
3. Patankar, S. V., “Numerical Heat Transfer and Fluid Flow”, Hemisphere Series on Computational
Methods in Mechanics and Thermal Science, 1980.
4. Tannehill, J. C, Anderson, D. A., & Pletcher, R. H., “Computational Fluid Mechanics & Heat
Transfer”, 2nd E., Taylor & Francis Series, 1984.