Teses / dissertações sobre o tema "VOF Simulation"
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Jiang, Wenbiao. "Simulation du bullage dans un photobioréacteur". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLC086/document.
Resumo:
Au cours des dernières années, la culture de microalgues est largement étudiée pour produire des biocarburants et d’autres produits de valeur en fixant le dioxyde de carbone de l’atmosphère, afin d’atténuer simultanément les effets du changement climatique et de réduire la dépendance à l’égard des carburants fossiles. En comparaison avec les systèmes ouverts, les photobioréacteurs fermés sont davantage utilisés en laboratoire, car ils permettent de contrôler avec précision les facteurs environnementaux tels que le pH, la concentration en éléments nutritifs, etc. Le principe de fonctionnement d’un photobioréacteur repose sur l’injection de bulles dans le milieu de culture pour (i) apporter du dioxyde de carbone aux cellules (ii)agiter le liquide. Par l’apport d’énergie lumineuse les cellules transforment le carbone inorganique en carbone organique par photosynthèse. Ainsi, les phénomènes physiques - l’écoulement, transfert de matière, transfert radiatif - et les phénomènes biologiques - photosynthèse, croissance cellulaire et mort - coexistent dans un photobioréacteur. Plus important encore, tous les phénomènes de base ne sont pas complètement indépendants les uns des autres. Des recherches récentes ont révélé que le comportement des bulles avait également une incidence directe sur le processus biologique. En raison du comportement significatif des bulles sur la productivité d'un photobioréacteur, la génération de bulles a été étudiée dans cette thèse au moyen de méthodes expérimentales et numériques.Dans l'étude expérimentale, nous avons conçu puis fabriqué un nouveau photobioréacteur afin d'étudier le bullage in situ. L’emploi d’une technique d’ombroscopie couplée à une caméra vidéo a permis l’enregistrement de séries de bulles. Les images traitées ont permis de mesurer des caractéristiques de bulles (fréquence, volume, facteur de forme). Le volume moyen de bulle et la fréquence de formation de bulles augmentent avec le débit de gaz. De plus, la distribution volumique monodisperse à faible débit devient de plus en plus polydisperse par l’accroissement de celui-ci. L’évolution de la forme des bulles lors de leur remontée dans le liquide a été évaluée par l’emploi de facteurs de forme. Ces facteurs diminuent avec la remontée des bulles et traduisent une déformation horizontalement. A débit élevé, les formes des bulles oscillent et coalescent plus fréquemment.La simulation du bullage a été réalisé par l’emploi d’une méthode Volume of Fluid (VOF) et d’une bibliothèque open source de mécanique numérique des fluides OpenFOAM. Ces choix de méthodes sont motivés en raison de la robustesse d'OpenFOAM en matière de simulation d'écoulements diphasiques rapportée dans la littérature. Une première étude numérique de simulation 2D a permis de déterminer les valeurs appropriées des paramètres numériques (nombre de Courant et la taille du maillage) tout en minimisant le temps de calcul par rapport à une pré-étude 3D. Sans surprise, nous avons déterminé que la taille des mailles devait être inférieure au diamètre de la buse pour obtenir des résultats significatifs. De façon plus surprenante, nous avons observé que le nombre maximum de Courant n’a pas d’importance particulière pour ces simulations (dans une limite raisonnable : 0 à 1). Les simulations 3D ont été menées sur un supercalculateur. Elles ont montré que le volume des bulles et l’évolution de leur forme calculées numériquement étaient en accord avec les résultats expérimentaux. Cependant, les simulations 3D n’ont pas permis de représenter la polydispersité de la distribution volumique des bulles en raison d’un temps de calcul nécessaire trop important pour générer une population de bulles suffisamment nombreuse. Au final, l'outil numérique a aussi été utilisé avec succès pour explorer plusieurs caractéristiques hydrodynamiques de mélange dans le liquideThe working principle of a typical photobioreactor is to inject gas bubbles into the culture medium, providing CO2 to the cells and also stirring the liquid. Subsequently, the cells convert inorganic carbon into organic carbon through photosynthesis under illumination. Therefore, physical phenomena, e.g. bubbly flow, mass transfer, radiative transfer, and biological phenomena, e.g. photosynthesis, cell growth and death, coexist in a photobioreactor. More importantly, all the basic phenomena are not completely independent to each other. For example, bubble volume and bubble shape can influence gas-liquid mass transfer according to Young-Laplace equation and Henry's law. Moreover, some recent research revealed that bubble behaviors also directly affect the biological process. In view of the important impact of bubble behaviors on productivity of a phototbioreactor, the bubbly flow was investigated in this thesis by both experimental and numerical methods.In the experimental study, we first manufactured a new photobioreactor in order to study the bubbles and other phenomena. Subsequently, the bubbles were captured by high speed camera by virtue of a shadowgraphy technique and bubble behaviors were obtained by processing and analyzing the images. From the experimental results, we found that both averaged bubble volume and bubbling frequency increased with gas flow rate. Furthermore, we also discovered that the distribution of bubble volume was almost monodisperse at low flow rate, and it became more and more polydisperse with increasing flow rate. Regarding bubble shape evolution, we used two shape factors, viz. aspect ration and circularity, to quantitatively study it. We found that both shape factors dropped rapidly during bubble rising (within the limit of the field of view of our video camera), which implied that bubbles were flattened in the course of rising. Nonetheless, bubbles became more vertically elongated at higher flow rate, partially due to the more frequent bubble coalescence at higher flow rate.In the numerical study, we adopted VOF method and OpenFOAM, an open source CFD library, as our numerical tool to represent bubbly flow. First of all, the robustness of OpenFOAM in simulating two-phase flow was validated by literature survey. Subsequently, 2D simulations were carried out for seeking the appropriate and not very time-consuming numerical parameters, i.e. maximum Courant number and mesh size. We found that mesh size should somehow be smaller than the nozzle diameter to have meaningful results. On the other hand, maximum Courant number had no particular importance in the simulations (as long as between 0 and 1). Furthermore, 3D simulations were in good agreement with the experiments in terms of bubble volume and bubble shape evolution. However, 3D simulations were not able to represent the polydispersity of bubble volume due to the limited computing power. In addition, several hydrodynamic characteristics were also explored by the proposed numerical tool, which gave reasonable results.To conclude, bubble behaviors were successfully captured by experimental methods and represented by numerical methods in this thesis, which will help us go further in understanding the complicated physical-biological phenomena of a photobioreactor
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Cho, Min Hyun. "Numerical simulation of arc welding process and its application". Columbus, Ohio : Ohio State University, 2006. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc%5Fnum=osu1155741113.
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Malan, Leon. "Direct numerical simulation of free-surface and interfacial flow using the VOF method : cavitating bubble clouds and phase change". Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066555/document.
Resumo:
La présente étude se fonde sur la méthode du volume de fluide (en anglais VOF pour Volume-of-Fluid), proposée à l'origine par Hirt et Nicols. L'objectif de la première partie de ce travail est l'étude hydrodynamique de la cavitation isotherme dans les grands nuages de bulles. Cette étude s'inscrit plus généralement dans un large effort de recherche en micro--écaillage mené par le CEA. Une méthode capable de traiter la présence de cavités de vapeur de volume variable ou encore de pores a été formulée et implémentée dans un code existant, PARIS. L'écoulement est idéalisé en supposant un liquide parfait, des effets thermiques négligeables et une pression de vapeur nulle. Une étude innovante est présentée, traitant de l'interaction du nuage de bulles dans un liquide en expansion par simulation numérique directe. Les résultats des simulations révèlent l'existence d'un concours de cavités dans un certain régime caractérisé par le nombre de Weber.Dans la deuxième partie de l'étude, le système d'équations à résoudre est modifié et généralisé afin de décrire l'écoulement incompressible d'un fluide diphasique tout en incluant la possibilité d'un changement de phase à l'interface. Une nouvelle méthode VOF est proposée, dans laquelle une nouvelle technique d'advection de la fonction VOF permet de traiter à la fois la conservation de la masse et de l'énergie sous une forme conservative. Les expériences numériques démontrent la précision, la robustesse et la généralité de la méthode proposée, et témoignent d'un développement fondamental important pour l'application des méthodes VOF à la modélisation des changements de phaseDirect numerical simulation of two-phase ow is used extensively for engineering research and fundamental fluid physics studies [54, 81]. This study is based on the Volume-Of-Fluid (VOF) method, originally created by Hirt and Nicols [30]. This method has gained increased popularity, especially when geometric advection techniques are used coupled with a planar reconstruction of the interface [14, 89]. The focus of the first part of this work is to investigate the hydrodynamics of isothermal cavitation in large bubble clouds, which originated from a larger study of micro-spalling [61], conducted by the French CEA. A method to deal with volume-changing vapour cavities, or pores, was formulated and implemented in an existing code, PARIS . The ow is idealized by assuming an inviscid liquid, negligible thermal effects and vanishing vapour pressure. A novel investigation of bubble cloud interaction in an expanding liquid using direct or detailed numerical simulation is presented. The simulation results reveal a pore competition, which is characterised by the Weber number in the ow. In the second part of the study the governing equations are extended to describe incompressible ow with phase change [79]. The description of the work commences with the derivation of the governing equations. Following this, a novel, geometric based, VOF solution method is proposed. In this method a novel way of advecting the VOF function is invented, which treats both mass and energy conservation in conservative form. New techniques include the advection of the interface in a discontinuous velocity field. The proposed algorithms are consistent and elegant, requiring minimal modifications to the existing code. Numerical experiments demonstrate accuracy, robustness and generality. This is viewed as a significant fundamental development in the use of VOF methods to model phase change
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Xu, Yang. "Normal impact of liquid droplets on smooth solid surfaces". Thesis, Paris Est, 2018. http://www.theses.fr/2018PESC1099/document.
Resumo:
Dans le cadre de la modélisation et de l’expérimentation multi-échelles (projet LabEx MMCD pour les matériaux pour la construction durable) de l’Université Paris-Est Marne-la-Vallée, cette thèse de doctorat vise à modéliser et caractériser les micro-matériaux conçus par impact de gouttelettes de céramique fondue. Les applications de ces matériaux revétus de couches minces sont des traitements de surface pour la construction durable tels que la protection anti-corrosion, les barrières thermiques, le traitement du verre ou les renforts mécaniques. En particulier, nous nous concentrons sur la physique associée à la dynamique des gouttelettes liquides (l'aire de contact et le temps de contact entre la gouttelette et la surface) en effectuant une série de simulations numériques pour les écoulements diphasiques à petite échelle avec le code maison Thetis. Nous avons considéré des variations des conditions d'impact initiales ainsi que l’influence des forces d'inertie, capillaire et visqueuses sur la dynamique des gouttelettes. Nous nous sommes intéressés en particulier au diamètre d'étalement maximal, au temps d’étalement maximal et au temps de contact, sur des surfaces solides de mouillabilité variable. Le code est basé sur l’utilisation d’une méthode Volume-Of-Fluid. Il introduit une fonction auxiliaire régularisée pour estimer la courbure locale et la normale à l'interface. Les principaux liquides de référence adoptés sont l'eau et la céramique fondue, l'eau est choisie pour valider notre code en comparant les simulations aux résultats expérimentaux. La céramique fondue est adoptée car elle est largement utilisée en projection thermique pour créer des barrières thermiques et chimiques (couches anti-oxydantes) ainsi que des renforts mécaniques sur des échantillons spécifiques. Nous nous concentrons sur les cas où les surfaces sont hydrophobes, même si les cas hydrophiles sont également considérés dans les configurations de validation pour des raisons de généralité. Egalement, en introduisant une partie de calcul de l'énergie dans la thèse, une analyse énergétique détaillée de la gouttelette après l'impact est effectuée dans les phases d'étalement et de rétraction pour bien comprendre la dynamique à l'intérieur de la gouttelette. Nous trouvons que le temps de projection est inversement proportionnel à la vitesse d’impact, indépendamment de l’angle de contact lors de l’étalement au temps courts. Une nouvelle mise à l'échelle entre l'étalement maximal et le temps d'étalement est proposée. Celle-ci s'accorde très bien avec les résultats expérimentaux. Par ailleurs, nous introduisons cette mise à l’échelle dans une classe de modèle basée sur la conservation de l’énergie pour prédire l’étalement maximal adimensionné, ce qui permet de mieux prévoir l’étalement maximal adimensionné. Pour finir, une mise à l'échelle du temps de contact est proposée en termes de nombre d'Ohnesorge et de ReynoldsUnder the framework of the LabEx Multi-Scale Modelling and Experimentation of Materials for Sustainable Construction, of Université Paris-Est Marne-La-Vallée, the present PhD thesis aims at modelling and characterizing micro-material designed by impact of molten ceramic droplets. The applications of thin coating materials are surface treatments for sustainable construction such as anti-corrosion, heat barrier, glass treatment or mechanical reinforcement of specific structures.In particular, we focus on the physics behind the liquid droplets' dynamics (the contact area and the contact time between the droplet and surface) by conducting a series of small scale multiphase flow numerical simulations with home-made code Thetis. All simulations are axisymmetric. We have considered variations of initial impact conditions, and studied the influence of inertial, capillary and viscous forces on the droplets' dynamics, especially the maximum spreading diameter, spreading time and the contact time, on solid surfaces. The code is based on Volume-Of-Fluid techniques and introduces an auxiliary smooth function to estimate the local curvature and the normal to the interface. The major reference liquid adopted are the water and the molten ceramic, the water is chosen to validate our code against available experiments at the beginning. The molten ceramic is adopted as it is widely used in thermal spray to built thermal and chemical barriers (anti-oxidant layers) as well as mechanical reinforcements on specific samples. We focus on the cases in which the surfaces are hydrophobic, even if hydrophilic cases are also considered in validation configurations for the sake of generality. Meanwhile, by introducing an energy calculation part in the code, a detailed energetic analysis of the droplet after impact is performed in both the spreading and retraction stage to have a deep understanding of the dynamics inside the droplet.We find the jetting time is inversely proportional to the impact velocity, independent of the contact angle in the early spreading. A new scaling between maximum spreading and spreading time is observed, and agrees well with experimental results. Further, we introduce this scaling into the model based on energy conservation to predict the maximum spreading factor, which provides better prediction on maximum spreading factor than existing literature references. Also a scaling of contact time is proposed in terms of Ohnesorge number and Reynolds number
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Mauriet, Sylvain. "Simulation d'un écoulement de jet de rive par une méthode VOF". Phd thesis, Université de Pau et des Pays de l'Adour, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00463578.
Resumo:
Les processus dynamiques présents en zone de swash ont un impact significatif sur l'évolution des zones côtières. Une part importante du transport sédimentaire cross-shore se produit dans cette zone, plus particulièrement dans cette zone où se produisent le run-up et le run-down. La zone située au-delà de la ligne de rivage au repos est le plus souvent décrite par des modèles intégrés sur la verticale. La décroissance des vagues est bien reproduite, cependant l'étude du transport sédimentaire impose une paramétrisation du frottement sur le fond. Nous présentons les résultats de simulations RANS de la propagation d'un mascaret (obtenu par un "lâcher de barrage") sur une plage en pente et le run-up et le run-down ainsi générés. Les résultats numériques sont comparés aux résultats expérimentaux de Yeh et al. (1989). Les simulations ont été réalisées avec le code Navier-Stokes diphasique AQUILON. Deux méthodes de suivi d'interface VOF (VOF TVD ET VOF PLIC) sont implémentées. La viscosité turbulente est calculée par un modèle V2-F (Durbin, 1991). Une estimation des grandeurs turbulentes k et epsilon basée sur la théorie des ondes longues pour la propagation d'un ressaut hydraulique est présentée. Une modélisation VOF-PLIC & V2-F est appliquée pour reproduire les caractéristiques macroscopiques du lâcher de barrage, qui comme on pouvait s'y attendre dépendent peu de la turbulence. Nous étudions aussi l'impact des conditions initiales sur k et epsilon sur l'établissement de l'écoulement turbulent. Après ces validations vis-à-vis de la turbulence, des simulations du cas décrit par Yeh et al. (1989) sont menées pour optimiser le choix des paramètres de calcul. La théorie de Whitham (1958), prédit un effondrement du mascaret au niveau de la ligne de rivage au repos. La théorie de Shen and Meyer (1963) est toujours à l'heure actuelle le modèle de référence. Les résultats expérimentaux de Yeh et al. (1989) montrent clairement un phénomène différent. L'utilisation conjointe de la technique VOF-TVD et du modèle de turbulence V2-F semble apporter les meilleurs résultats par rapport aux expériences de Yeh et al. (1989). Une étude de la transition mascaret/lame de swash est proposée. Nos résultats montrent que la théorie de Whitham décrit de façon assez précise le mécanisme de d'effondrement du mascaret. Les résultats de nos simulations sont utilisés pour décrire la transition entre l'effondrement du mascaret et l'écoulement du run-up. L'analyse des processus de frottement dans le jet de rive met en évidence une forte dissymétrie entre le run-up et le run-down avec cisaillement plus faible lors du run-down
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Calimez, Xavier. "Simulation a petite échelle par une méthode VOF d'écoulements diphasiques réactifs". Châtenay-Malabry, Ecole centrale de Paris, 1998. http://www.theses.fr/1998ECAP0590.
Resumo:
Dans de nombreux dispositifs de combustion, comme les moteurs fusée cryotechniques ou les moteurs diesel, un des réactifs est injecté sous forme liquide. La combustion, qualifiée alors de « diphasique », ne peut se produire qu'après pulvérisation du liquide et évaporation des gouttes ainsi formées. L'objectif de ce travail est de contribuer à l'effort de compréhension et de modélisation des phénomènes physiques intervenant dans la combustion diphasique en développant et en faisant les premières exploitations d'un code de calcul de simulation a petite échelle d'un ensemble de quelques gouttes dans une géométrie bidimensionnelle plane. La déformation des gouttes, initialement de vitesse et de forme quelconques, est résolue en tenant compte des effets de tension superficielle ( étant supposé constant), de l'évaporation (évaluée en calculant le flux de chaleur de la phase gazeuse vers la phase liquide supposée isotherme) et les effets de viscosité. Le suivi de la phase liquide est réalisé à l'aide d'une méthode VOF avec une reconstruction linéaire par morceaux des interfaces. Les équations de Navier-Stokes, ainsi que les équations de bilan pour l'énergie et les espèces chimiques sont résolues par différences finies en évaluant les flux convectifs par une méthode FCT pour conserver des gradients raides de la température et des fractions massiques des espèces chimiques à la traversée de l'interface. La combustion est modélisée par une réaction chimique irréversible à une étape et une loi d’Arrhenius pour ne pas trop pénaliser des temps de calcul déjà longs. Ce code de calcul est ensuite exploité pour étudier l'évaporation pure, puis la combustion d'un brouillard de gouttes d'oxygène liquide dans de l'hydrogène gazeux chaud. L'influence de la géométrie du brouillard et de la différence de vitesse entre les deux phases sur le temps de vaporisation des gouttes ainsi que sur le mélange des réactifs est mise en évidence. Pour faciliter l'exploitation des résultats, on introduit, par analogie avec l'étude des couches de mélange et des flammes de diffusion turbulente, la notion de fraction de mélange, qui est ainsi généralisée aux écoulements diphasiques réactifs. On établit analytiquement des équations d'évolution temporelle de la moyenne et de la variance de cette fraction de mélange dans la partie gazeuse du domaine de calcul. Les rôles respectifs de l'évaporation et de la diffusion moléculaire sur l'apparition et la destruction des hétérogénéités de concentration des réactifs peuvent ainsi être analysés et quantifiés.
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Sarret, Frédéric. "Simulation numérique de dépôts céramiques plasma". Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0066/document.
Resumo:
Cette thèse apporte une contribution à la simulation numérique de la construction de dépôts dans le cadre de la projection plasma type APS (Atmospheric Plasma Spraying). Ce travail est focalisé sur la construction d’un volume représentatif du revêtement en prenant en compte l’ensemble des phénomènes propres au procédé, tels que la nature de l’écoulement de gaz, la cinétique (multiphasique, mouillabilité) et la thermique (transferts thermiques, résistance thermique de contact, solidification) durant l’impact et l’empilement de particules. Une méthode numérique particulière, appelée VOF-SM (Volume Of Fluid - Sub Mesh), est développée. La simulation de l’impact d’un jet instationnaire et turbulent de plasma ArH2 sur un substrat a été réalisée pour définir la nature de l’écoulementen proche paroi et le transfert thermique entre cet écoulement et le substrat. Les phénomènes propres à l’impact de particules ont été intégrés au code de calcul Thétiset validés indépendamment par comparaison à des solutions analytiques et combinés par comparaison à un cas d’étude expérimentale millimétrique. Enfin, une étude d’impacts successifs de particules de Zircone Yttriée sur un substrat en acier a été menée, par une approche en similitudes thermique et cinétique pour pallier la difficulté de la résolution à petites échellesThis PhD thesis is a contribution to the numerical simulation of the plasma sprayedcoating build-up by APS process (Atmospheric Plasma Spraying). This work focuses onthe build-up of a representative volume of the coat considering a great range of phenomenonappearing in APS process such as gas flow properties, kinetic (multiphase flow,wettability) and thermal (heat transfers, thermal contact resistance, solidification) duringthe impact and steaking of particles. An original numerical method, named VOF-SM(Volume Of Fluid - Sub Mesh) is developped. The simulation of the impact of an unsteadyand turbulent ArH2 plasma flow is carried out in order to define the gas flow closeto the wall and heat transferred to the substrate by the plasma. Specific phenomena of theimpact of particles were incorporated into the CFD code (Thétis) and validated independentlyby caparison with analytical solutions, then together combined by the comparisonto a millimeter size impact experimental data. Finally, a study of successive impacts ofYttria-Stabilized Zirconia particles onto a steel substrate was carried out by thermal andkinetic approach similarities to overcome the difficulty of resolving small scales
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Lunda, Filip. "Studium proudění na rozhraní nemísitelných kapalin". Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2021. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-444285.
Resumo:
This theses deals with flow of two immisible fluid in horizontal pipeline. First part teoretically describes immisible flow. What follows is experimental measurement in wich experimental track was adjusted for inlet of oil from the top. Water and corn germ oil were used as fluids. There were observed many modes of flow on the track. After that PIV was described and measured. PIV was done for measurement of values of velocity vectors. Simulation of one chosen mode was developed in the last chapter. This simulation was done in Ansys Fluent with help of VOF method. Simulation was done both in 3D and 2D pipeline. In the end these simulation were compared with experiment measurement and were critically evaluated.
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Koebe, Mario. "Numerische Simulation aufsteigender Blasen mit und ohne Stoffaustausch mittels der volume of fluid (VOF) Methode". [S.l. : s.n.], 2004. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=973222484.
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Chéron, Victor. "Couplage de la méthode de capture d'interface et de particules lagrangiennes pour la simulation de l'atomisation". Thesis, Normandie, 2020. http://www.theses.fr/2020NORMR097.
Resumo:
L’étude de l’atomisation d’un jet liquide constitué de deux phases non miscibles est un sujet de recherche fondamental. Les motivations principales liées à l’étude de ces phénomènes sont les nombreuses applications en découlant. Par exemple, dans l’étude de propagation d’un spray au sein d’une chambre de combustion ou pour des applications pharmaceutiques. Leur étude s’effectue par une approche théorique, expérimentale, et numérique. Chacune de ces techniques fait face à des limites qui lui sont propres : dans le cadre de l’étude numérique, le traitement des gouttelettes résultantes de la cassure de jet est un facteur limitant de par le rapport de taille introduit. Ce manuscrit de thèse présente le couplage entre une méthode de traitement d’interface Eulerienne et une méthode de transport de particule Lagrangienne, proposant une approche multi échelle de l’atomisation. Le code de calcul numérique Archer est utilisé dans le but de transporter un écoulement diphasique et d’en étudier son évolution, résolvant les équations incompressibles de Navier Stokes. L’interface séparant les deux phases est représentée par une méthode alliant précision et robustesse, le couplage Volume of Fluid/Level-Set. La discrétisation des équations de Navier Stokes et le transport de l’interface est présenté dans la première partie de ce manuscrit. Cela introduit les faiblesses de cette méthode due à l’aspect multi échelle des jets atomisés : la faible précision du transport des gouttes résultantes de l’atomisation secondaire. La seconde section de ce manuscrit se consacre à l’introduction du transport Lagrangien de gouttes, différentes approches sont implémentées et valider au sein du code de calcul Archer. Puis, le couplage entre le solveur Eulerien et Lagrangien, validé part des expériences numériques, est introduit. Ces dernières ont pour but de présenter la méthodologie implémentée pour valider le couplage en respectant la conservation du moment et de la masse. Cette méthode est par la suite appliquée a des cas académiques permettant d’introduire la paramétrisation permettant la jonction entre les solveurs Eulerien et Lagrangien. Finalement, la méthode développée est appliquée à l’étude d’un jet atomisé de configuration crossflow, utilisé au sein de turbine a gaz ou statoréacteur. Les résultats obtenus demontrent les possibilités liées au couplage Eulerien/Lagrangien, tant sur l’aspect physique que numérique, ouvrant sur un modèle de breakup de goutte sous transport LagrangienThe study of the liquid jet’s atomization consisting of two immiscible phases is a fundamental research subject. The main motivations linked to the study of these phenomena are the numerous applications resulting from them. For example, in the study of the propagation of a spray within a combustion chamber or for pharmaceutical applications. Their study is carried out by a theoretical, experimental and numerical approach. Each of these techniques faces its own limitations: in the numerical study, the treatment of the droplets resulting from the jet break is a limiting factor due to the size ratio introduced. This thesis manuscript presents the coupling between an Eulerian interface treatment method and a Lagrangian particle transport method, proposing a multi-scale approach to atomization. The numerical solver Archer is used to transport a two-phase flow and to study its evolution, solving the incompressible Navier Stokes equations. The interface separating the two phases is represented by a method combining precision and robustness, the Volume of Fluid/Level-Set coupling. The discretization of the Navier Stokes equations and the transport of the interface is presented in the first part of this manuscript. This introduces the weaknesses of this method due to the multi-scale aspect of the atomized jets: the low precision of the transport of the drops resulting from the secondary atomization. The second section of this manuscript is dedicated to the introduction of Lagrangian drop transport, different approaches are implemented and validated within the computational code Archer. Then, the coupling between the Eulerien and Lagrangian solver, validated from numerical experiments, is introduced. The latter aim to present the methodology implemented to validate the coupling while respecting the conservation of time and mass. This method is then applied to academic cases to introduce the parameterization allowing the junction between the Eulerien and Lagrangien solvers. Finally, the developed method is applied to the study of an atomized jet of crossflow configuration, used in gas turbine or ramjet. The results obtained demonstrate the possibilities related to the Eulerien/Lagrangien coupling, both on the physical and numerical aspects, opening up a model of drop breakup under Lagrangien transport
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Canu, Romain. "Développement d'une méthode compressible avec évaporation pour la simulation d'interface résolue dans le cadre de l'atomisation". Thesis, Normandie, 2019. http://www.theses.fr/2019NORMR016/document.
Resumo:
Cette thèse montre le développement d’un code de calcul pour les simulations numériques directes d’écoulements diphasiques compressibles avec évaporation. Un couplage entre les méthodes Level Set et VOF est réalisé pour le suivi d’interface. Afin de résoudre les équations de la mécanique des fluides, une méthode basée sur la pression est employée et, pour découpler la vitesse de la pression, une méthode de projection est effectuée. Cette méthode permet l’implicitation des termes liés à l’acoustique et donc de diminuer la contrainte sur le pas de temps. Le liquide et le gaz sont traités de manière compressible permettant des variations locales des masses volumiques grâce à l’utilisation d’équations d’état. L’évaporation est simulée de deux manières différentes ; une première, où un taux d’évaporation constant est employé et une seconde, où ce taux est calculé par la thermique. Parallèlement à ce sujet, une étude de la distribution des courbures dans une injection de liquide est réalisée. Cette étude permet d’étendre le concept de distribution des tailles de gouttes dans un spray et d’améliorer les informations disponibles dans le modèle ELSA. Enfin, une autre étude est effectuée sur la recherche d’un critère, basé sur les courbures à l’interface, pour estimer la qualité d’une simulationThis PhD thesis shows the development of a numerical method for solving two-phase flows with vaporisation. A coupling between Level Set and VOF methods is realised for the interface capturing. In order to solve fluid mechanics equations, a pressure based method is employed and, to decouple velocity and pressure, a projection method is performed. This method allows the implicitation of the acoustic terms and the time step constraint reduction. Liquid and gas are considered as compressible allowing local density variations with equations of state. The vaporisation is computed in two different ways ; a first one where the vaporisation rate is constant and a second one, where this rate is calculated by thermodynamics. Along with this topic, a study on curvature distribution in a liquid injection configuration is realised. This study allows to extend the drop size distribution concept in a spray and to improve available informations on ELSA model. Finally, an other study is performed on thedevelopment of a criterion, based on interface curvatures, which estimates the quality of a simulation
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Haelssig, Jan B. "Improving the Energy Efficiency of Ethanol Separation through Process Synthesis and Simulation". Thèse, Université d'Ottawa / University of Ottawa, 2011. http://hdl.handle.net/10393/20100.
Resumo:
Worldwide demand for energy is increasing rapidly, partly driven by dramatic economic growth in developing countries. This growth has sparked concerns over the finite availability of fossil fuels and the impact of their combustion on climate change. Consequently, many recent research efforts have been devoted to the development of renewable fuels and sustainable energy systems. Interest in liquid biofuels, such as ethanol, has been particularly high because these fuels fit into the conventional infrastructure for the transportation sector.
Ethanol is a renewable fuel produced through the anaerobic fermentation of sugars obtained from biomass. However, the relatively high energy demand of its production process is a major factor limiting the usefulness of ethanol as a fuel. Due to the dilute nature of the fermentation product stream and the presence of the ethanol-water azeotrope, the separation processes currently used to recover anhydrous ethanol are particularly inefficient. In fact, the ethanol separation processes account for a large fraction of the total process energy demand.
In the conventional ethanol separation process, ethanol is recovered using several distillation steps combined with a dehydration process. In this dissertation, a new hybrid pervaporation-distillation system, named Membrane Dephlegmation, was proposed and investigated for use in ethanol recovery. In this process, countercurrent vapour-liquid contacting is carried out on the surface of a pervaporation membrane, leading to a combination of distillation and pervaporation effects. It was intended that this new process would lead to improved economics and energy efficiency for the entire ethanol production process.
The Membrane Dephlegmation process was investigated using both numerical and experimental techniques. Multiphase Computational Fluid Dynamics (CFD) was used to study vapour-liquid contacting behaviour in narrow channels and to estimate heat and mass transfer rates. Results from the CFD studies were incorporated into a simplified design model and the Membrane Dephlegmation process was studied numerically. The results indicated that the Membrane Dephlegmation process was more efficient than simple distillation and that the ethanol-water azeotrope could be broken. Subsequently, a pilot-scale experimental system was constructed using commercially available, hydrophilic NaA zeolite membranes. Results obtained from the experimental system confirmed the accuracy of the simulations.
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Politis, Konstantinos. "Développement de modèles numériques de tension superficielle pour la simulation d'écoulements avec interface à l'aide d'une formulation multi-fluides". Thesis, Ecole centrale de Nantes, 2016. http://www.theses.fr/2016ECDN0021.
Resumo:
Les méthodes de lubrification par injection d'air sont considérées par la communauté scientifique comme la principale percée technologique à venir pour la réduction de la trainée des navires de commerce. A cette fin, il est impératif de modéliser finement les phénomènes physiques en jeu dans la lubrification par injection d'air, qui intègrent la représentation précise de la tension superficielle, des instabilités d'interface et des écoulements avec entraînement d'air. Au cours de ce travail, nous nous sommes attachés au développement d'outils de programmation, de schémas de reconstruction d'interface et de modélisations de tension superficielle dans le code de calcul ISIS-CFD. Deux nouvelles méthodes de calcul de la tension superficielle sont présentées. Elles utilisent un schéma de reconstruction globale de l'interface et sont couplées avec les schémas de discrétisation compressifs de la fraction volumique utilisés dans la formulation volumes finis non structurés sur laquelle est basé le code ISIS-CFD. Les résultats démontrent que des interactions dynamiques complexes, d'une ou plusieurs interfaces, peuvent être modélisées de façon précise. Ce travail permet d'envisager la réalisation ultérieure de calcul d'écoulements sur des navires lubrifiés par injection d'air, d’améliorer la compréhension physique et de contribuer à la modélisation macroscopique de modèles d'entraînementAir Lubrication methods are regarded by the scientific community as the next major technological breakthrough in Naval Engineering to achieve the reduction of drag in commercial vessels. The accurate modeling of the physical phenomena governing the drag reduction mechanisms of Air Lubrication methods, namely, the dynamics of surface tension, the instabilities of the air-water interfaces and air entrainment, are imperative for the design of air-lubricated hulls. To that end, we have implemented to ISIS-CFD several programming tools, interface reconstruction schemes and surface tension modeling. Two new surface tension methods were developed. Both use a global interface reconstruction scheme and are coupled with the compressive discretization volume fraction schemes for the unstructured finite volume formulation that the flow solver ISIS-CFD is based on. The results demonstrate that complicated dynamic interactions of either a single or multiple interfaces can be accurately captured. In the context of a future research study, the proposed approaches could lead to the further enhancement of the modeling capabilities of ISISCFD by introducing a macroscopic air entrainment model and eventually the assessment of different physical effects encountered in lubricated naval vessels using ISIS-CFD
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Malan, Leon. "Direct numerical simulation of free-surface and interfacial flow using the VOF method: cavitating bubble clouds and phase change". Doctoral thesis, University of Cape Town, 2018. http://hdl.handle.net/11427/27898.
Resumo:
Direct Numerical Simulation of two-phase ow is used extensively for engineering research and fundamental fluid physics studies. This study is based on the Volume-Of-Fluid (VOF) method, originally created by Hirt and Nicols. This method has gained increased popularity, especially when geometric advection techniques are used coupled with a planar reconstruction of the interface. The focus of the first part of this work is to investigate the hydrodynamics of isothermal cavitation in large bubble clouds, which originated from a larger study of micro-spalling, conducted by the French CEA. A method to deal with volume-changing vapour cavities, or pores, was formulated and implemented in an existing code, PARIS. The ow is idealized by assuming an inviscid liquid, negligible thermal effects and vanishing vapour pressure. A novel investigation of bubble cloud interaction in an expanding liquid using Direct or Detailed Numerical Simulation is presented. The simulation results reveal a pore competition, which is characterised by the Weber number in the ow. In the second part of the study the governing equations are extended to describe incompressible ow with phase change. The description of the work commences with the derivation of the governing equations. Following this, a novel, geometric based, VOF solution method is proposed. In this method a novel way of advecting the VOF function is invented, which treats both mass and energy conservation in conservative form. New techniques include the advection of the interface in a discontinuous velocity field. The proposed algorithms are consistent and elegant, requiring minimal modifications to the existing code. Numerical experiments demonstrate accuracy, robustness and generality. This is viewed as a significant fundamental development in the use of VOF methods to model phase change.
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Khallahle, Jack Buckhill. "Numerical Simulation of Flow Parameters in Stratified Gas-Liquid Flow in a Horizontal Pipe". Thesis, The University of Sydney, 2022. https://hdl.handle.net/2123/29931.
Resumo:
The transportation of gas-liquid mixtures in horizontal pipes as two-phase stratified flow is examined using computational fluid dynamics (CFD) method. The design of these pipelines requires accurate prediction of flow parameters such as pressure drop and liquid holdup. Many empirical correlations have been developed in the last 70 years and are well documented in the literature to obtain these parameters using experimental, analytical and numerical methods.
In this investigation, the numerical method based on CFD code-FLUENT is used as an alternative to the experimental method to obtained numerical data such as gas wall shear stress, liquid holdup and pressure drop in order to calculate interfacial shear stress using semi-mechanistic flow model for stratified-smooth and stratified-wavy flow based on the 3D CFD models developed in FLUENT DesignModeler. The Volume of Fluid (VOF) model and k-ω SST turbulence model were used to obtain numerical data from the CFD models for validations.
In the 3D CFD model for gas flow over stationary liquid surface, the average gas velocities and corresponding liquid heights from the experimental data were validated in the two-phase flow domain. The interfacial friction factor correlation proposed was in good agreement against the existing two-phase friction factors using conventional two-phase flow calculation method, while the mathematical formulations involving hydrostatic force for the interfacial and gas wall shear stresses were poorly correlated against existing correlations.
In the co-current gas-liquid flow 3D CFD model, the pressure drop, gas wall shear stress, interfacial shear stress and liquid holdups were in excellent agreement and the interfacial friction factor correlations proposed were in good agreement with the published correlations. The flow patterns were correctly predicted as stratified-smooth and wavy flow on the flow map.
A design procedure involving both 3D CFD models was proposed and presented in Appendix D.
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Ferguen, Nabil. "Contribution à la modélisation de l’étalement et de la solidification de gouttes millimétriques en chute libre et micrométriques en projection plasma". Limoges, 2009. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/96f09e58-6be1-4a96-b9b3-4d4e3916dfe9/blobholder:0/2009LIMO4059.pdf.
Resumo:
Ces travaux de recherche se situent dans le cadre d’une meilleure compréhension de la construction d’un revêtement par projection plasma. Ils portent sur l’étude numérique de la formation des lamelles dont l’empilement sur le substrat conduit au revêtement. Le modèle, tridimensionnel, permet d’étudier l’impact, l’étalement et la solidification d’une goutte métallique ou céramique sur un substrat et l’évolution de la température du substrat. Il prédit la morphologie de la lamelle et les éclaboussures éventuelles lors de la phase d’étalement. Les équations du modèle sont résolues avec le code "Drop" développé par Simulent Inc. Les simulations numériques ont d’abord été appliquées à l’impact de gouttes de cuivre et d’alumine de taille millimétrique sur substrats lisses. Une étude préliminaire a permis de déterminer les dimensions optimales du maillage dans la goutte et dans le substrat. Puis, l’effet des différents paramètres d’impact de la goutte (vitesse, température) ; de ceux du substrat (température) et de ceux de l’interface (angle de contact, résistance thermique de contact) sur la formation de la lamelle a été étudiéThese research work aim to provide a better understanding of coating formation by plasma spraying. They deal with the numerical study of splat formation of which stacking on the substrate leads to the coating. The 3-D model makes it possible to study the impact, flattening and solidification of metal or ceramic droplet on a substrate and to predict the evolution of substrate temperature. It projects the morphology of the splat and possible splashing during the flattening phase. The equations of the model are solved by using the code "Drop" developed by Simulent Inc. The numerical simulations were, first, applied to the impact of millimetric copper and alumina drops impacting on smooth substrates. A preliminary study enabled to determine the optimal dimensions of the grid in the drop and substrate. Then, the effect of the various parameters of impact of the drop (speed, temperature) ; those of the substrate (temperature) and those of the interface (contact angle, thermal resistance) on the formation of the splat was studied
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Nguyen, Hoang Quan. "Modélisation et simulation du remplissage de moules verriers : "Prise en compte du transfert radiatif"". Thesis, Vandoeuvre-les-Nancy, INPL, 2009. http://www.theses.fr/2009INPL054N/document.
Resumo:
L’objet de ce travail est de proposer un modèle adapté pour la simulation du remplissage de moules qui réponde au meilleur compromis entre temps de calcul et précision des résultats. La difficulté est double. Il faut prendre en compte le phénomène de remplissage qui est un problème complexe à frontières libres et les spécificités liées au Verre : viscosité fortement thermodépendante et température de fusion élevée qui nécessite de prendre en compte le rayonnement. Le Chapitre I est consacrée à la partie écoulement du Verre liquide. La bibliothèque numérique Aquilon/Thétis, adaptée pour traiter ce type de problèmes et les couplages thermique air/verre/parois, a été utilisée (Méthode V.O.F pour le suivi de l’interface, méthodes de type Lagrangien augmenté/Projection vectorielle pour le couplage Vitesse-Pression). Pour l’aspect radiatif, différentes approches sont proposées : conductivité radiative équivalente (Chapitre II), méthode explicite directe pour la validation (Chapitre III) et méthode d’harmoniques sphériques ou méthode PN (Chapitre IV). Dans le Chapitre V, la méthode PN retenue est validée dans des cas simples et est appliquée ensuite à des cas avec couplage convectif en géométries complexes et obstacles semi-transparents (1D, 2D et 3D, 2D axi-symétrique et milieu non gris). Une version P1 modifiée est présentée. Les résultats sont assez proches de ceux donnés par la méthode P3 avec des temps de calcul modestes. L’intérêt de ce modèle est qu’il est facilement intégrable dans des codes numériques existants : une seule équation différentielle du second ordre stationnaire à résoudre en 3DThe aim of this study is to propose an adapted model for the simulation of mould filling that must be a compromise solution between computational time and results accuracy. The double difficulty is to take into account the filling phenomenon that is a complex problem due to the presence of free boundaries and to the Glass specificities: viscosity that is highly thermal dependant and high melting temperature that requires taking into account radiation effects. Chapter I is devoted to the melting Glass flow. The numerical libraries Aquilon/Thétis, adapted for solving such type of problems and the thermal coupling between Air/Glass/Walls, has been used. (V.O.F method for front tracking, Augmented Lagrangian/Vector Projection methods for solving Pressure/Velocity coupling). For radiative aspect, different approaches are proposed: equivalent radiative conductivity (Chapter II), direct explicit method for validation (Chapter III) and spherical harmonics method or PN method (Chapter IV). In the Chapter V, the selected PN method is validated through simple cases and is then applied in other cases with convective coupling in complex geometries including semi-transparent inclusions (1D, 2D and 3D, 2D axi-symmetric and non grey medium). A P1 modified version is presented. The results are close to those given by P3 method but with reduced computational time. The main interest of this model is that it can be easily implemented in existing numerical codes: a single stationary second order partial differential equation to solve in 3D
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Fanzar, Abdelaziz. "Développement d’un code numérique pour la simulation et l’étude de l’hydrodynamique et de la physico-chimie de milieux diphasiques incompressibles. Cas d’une goutte d’eau dans l’huile de paraffine". Thesis, Aix-Marseille, 2014. http://www.theses.fr/2014AIXM4339.
Resumo:
Depuis plusieurs décennies, une importante activité scientifique se concentre sur la description numérique, théorique ou expérimentale de l'hydrodynamique des écoulements multiphasiques. Ces écoulements sont caractérisés par l'existence d'interfaces, et d'une force à l'interface, la tension superficielle, séparant généralement deux fluides non miscibles. Un cas d'étude dans ce contexte est le problème du drainage d'une unique goutte dans une phase continue, l'ensemble étant soumis à la gravité. Ce système fait apparaître des écoulements récemment décrits pour une goutte d'eau dans l'huile de paraffine. Ce système constitue également un modèle simple pour l'étude des propriétés aux interfaces, Mais d'un point de vue numérique, se pose alors le problème de la stabilité des algorithmes pouvant être utilisés. Les effets aux interfaces impliquent en effet des domaines spatiaux très limités dans lesquels les grandeurs physiques entre les deux fluides sont discontinues. D'importants artéfacts numériques peuvent alors être générés dans les simulations et faire perdre la richesse de la physico-chimie du système considéré. Le problème de la simulation d'écoulements multiphasiques intéresse aussi bien le monde académique que le monde industriel. L'objectif de ce travail de thèse est donc d'implémenter les techniques numériques les plus récentes et de développer un code pour permettre la simulation de l'hydrodynamique de systèmes dispersés. Pour parvenir à ce but, il reste encore des problèmes algorithmiques importants à résoudre comme la prise en compte des effets thermocapillaires et thermosolutaux. Ces deux derniers points sont l'objet de cette thèseFor several decades, an important scientific activity has focused on the numerical, theoretical and experimental hydrodynamics of drops. This work presents numerical results of a single droplet in the gravity field and in non-isothermal conditions. The simulation such a multiphase system is important in both academic and industrial world. This is particularly the case in the field of emulsions, wetting problems and evaporation. To achieve this goal, there are still important algorithmic problems due to the free moving interfaces and the description of capillary effects. Here, a Volume of Fluid technique has been implemented with high order temporal and spatial schemes to preserve the sharpness of the drop interface. The system under consideration is a simplified model consisting in a single water droplet in a continuous paraffin oil phase. These liquids are immiscible and non-compressible and the overall evolution is unsteady. Capillary contributions such as temperature and surfactant dependent surface tension are fully accounted for. This presentation is aimed to show the capabilities of VOF techniques for the simulations of unsteady multiphase systems in non-isothermal configurations. The role of the droplet initial position and temperature field is described with good numerical stability. There are still important problems remaining in the simulation of free interface systems with such a technique. Spurious currents induced by the description of capillarity can in particular come into play. But these latter can be controlled once the droplet average velocity due to drainage becomes large enough
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Imtiaz, Nasir. "CFD simulation of dip-lubricated single-stage gearboxes through coupling of multiphase flow and multiple body dynamics : an initial investigation". Thesis, Linköpings universitet, Mekanisk värmeteori och strömningslära, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-153238.
Resumo:
Transmissions are an essential part of a vehicle powertrain. An optimally designed powertrain can result in energy savings, reduced environmental impact and increased comfort and reliability. Along with other components of the powertrain, efficiency is also a major concern in the design of transmissions. The churning power losses associated with the motion of gears through the oil represent a significant portion of the total power losses in a transmission and therefore need to be estimated. A lack of reliable empirical models for the prediction of these losses has led to the emergence of CFD (Computational Fluid Dynamics) as a means to (i) predict these losses and (ii) promote a deeper understanding of the physical phenomena responsible for theselosses in order to improve existing models. The commercial CFD solver STAR-CCM+ is used to investigate the oil distribution and the churning power losses inside two gearbox configurations namely an FZG (Technical Institute for the Study of Gears and Drive Mechanisms) gearbox and a planetary gearbox. A comparison of two motion handling techniques in STARCCM+ namely MRF (Moving Reference Frame) and RBM (Rigid Body Motion) models is made in terms of the accuracy of results and the computational requirements using the FZG gearbox. A sensitivity analysis on how the size of gap between the meshing gear teeth affects the flow and the computational requirements is also done using the FZG gearbox. Different modelling alternatives are investigated for the planetary gearbox and the best choices have been determined. The numerical simulations are solved in an unsteady framework where the VOF (Volume Of Fluid) multiphase model is used to track the interface between the immiscible phases. The overset meshing technique has been used to reconfigure the mesh at each time step. The results from the CFD simulations are presented and discussed in terms of the modelling choices made and their effect on the accuracy of the results. The MRF method is a cheaper alternative compared to the RBM model however, the former model does not accurately simulate the transient start-up and instead provides just a regime solution of the unsteady problem. As expected, the accuracy of the results suffers from having a large gap between the meshing gear teeth. The use of compressible ideal gas model for the air phase with a pressure boundary condition gives the optimum performance for the planetary gearbox. The outcomes can be used toeffectively study transmission flows using CFD and thereby improve the design of future transmissions for improved efficiency.
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Malá, Kateřina. "Studium proudění nemísitelných kapalin". Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2020. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-416440.
Resumo:
This thesis explores the topic of flow of two immiscible liquids in horizontal pipeline. For this purpose, the experimental apparatus has been set up, that allows to observe the flow of mixture through the transparent pipe. Moderately viscous oil and water (viscosity ratio: 52,81, density ratio: 0.86, interfacial tension: 41,64 mN/m) have been chosen for the experiment. Both fluids were introduced into the pipe through a T-junction. At the end of the apparatus, a mixture of liquids flowed into the separation tank, where both phases were separated. The separated oil was then reused for further measurements. The oil and water flow rates could be individually changed by use control valves, that led to identification of different flow regimes. These varied from stratified flows to fully dispersed ones as the mixture speed increased. All observed flow regimes were plotted in the flow map, that is a function of the inlet velocities of both fluids. For further analysis, a second type of flow map has been created that displays rates as a function of mixture velocity and phase volume fraction. Selected regime was also simulated using software ANSYS FLUENT. The VOF method was used to simulate multiphase flow. This thesis critically evaluates the results of the study and shows the direction for further research in the field of immiscible liquids flow.
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Gueyffier, Denis. "Etude de l'impact de gouttes sur un film liquide mince : développement de la corolle et formation de projection". Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066606.
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Caruyer, Céline. "Modélisation de nanomatériaux injectés par voie liquide dans un jet de plasma pour la fabrication de nanostructures". Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14329/document.
Resumo:
Ce travail porte sur l’étude du procédé de projection plasma par voie liquide et en particulier sur l’interaction entre la phase liquide et l’écoulement de plasma. Différents phénomènes physiques ont lieu comme la fragmentation du jet, l’évaporation du liquide et la fusion des particules. La simulation numérique permet de mieux comprendre les phénomènes physiques et vient en appui des expériences qui sont parfois difficiles voire impossibles à réaliser. Un modèle compressible diphasique est développé afin de prendre en compte les effets compressibles du plasma. Des validations sont réalisées sur des cas test académiques et sur un jet d’argon pur. De bons accords sont obtenus entre les simulations et la théorie ou les expériences. Ensuite différents mélanges de gaz plasmagènes, classiquement utilisés en projection plasma, sont étudiés : l’argon/hydrogène et l’argon/hélium.Une analyse du caractère instationnaire et turbulent est ensuite menée et permet de voir l’importance des effets instationnaires dans ces écoulements. Puis des simulations de l’injection de la phase liquide sous forme de gouttes ou de jet continu dans l’écoulement de plasma sont réalisées. L’influence de la nature des gaz plasmagènes et du mode d’injection est démontrée. Les structures observées expérimentalement sont également obtenues parles simulationsThe study of the plasma spraying process is investigated in this work, in particular the interaction between a liquid phase and a plasma flow. Different physical phenomena occureas the jet fragmentation, the liquid vaporization and the particles fusion. The numerical simulation is used to better understand the physical phenomena and is an alternative to experimental measurements, which could be locally difficult to perform because of the measurement techniques limitations and the particular characteristics of the plasma. A compressible two-phase model is developped to take into account the compressible effects of the plasma flow. Validations are realized on academic test cases and on a argonjet. Good agreements are obtained between simulations and theory or experiments. Then different mixtures of plasmagen gas, classically used in plasma spraying, are studied :argon/hydrogen and argon/helium. An analysis of unsteady and turbulent character isled and allows seeing the importance of unsteady effects in these flows. Numerical simulations of the injection of a liquid phase into the plasma flow are realized. The influence of the plasmagen gas nature and the injection type is anlysed. Structures observed by experiments are also obtained by the simulations
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Ha, Oai The. "Modeling and Numerical Investigation of Hot Gas Defrost on a Finned Tube Evaporator Using Computational Fluid Dynamics". DigitalCommons@CalPoly, 2010. https://digitalcommons.calpoly.edu/theses/400.
Resumo:
Defrosting in the refrigeration industry is used to remove the frost layer accumulated on the evaporators after a period of running time. It is one way to improve the energy efficiency of refrigeration systems. There are many studies about the defrosting process but none of them use computational fluid dynamics (CFD) simulation. The purpose of this thesis is (1) to develop a defrost model using the commercial CFD solver FLUENT to simulate numerically the melting of frost coupled with the heat and mass transfer taking place during defrosting, and (2) to investigate the thermal response of the evaporator and the defrost time for different hot gas temperatures and frost densities. A 3D geometry of a finned tube evaporator is developed and meshed using Gambit 2.4.6, while numerical computations were conducted using FLUENT 12.1. The solidification and melting model is used to simulate the melting of frost and the Volume of Fluid (VOF) model is used to render the surface between the frost and melted frost during defrosting. A user-defined-function in C programming language was written to model the frost evaporation and sublimation taking place on the free surface between frost and air. The model was run under different hot gas temperatures and frost densities and the results were analyzed to show the effects of these parameters on defrosting time, input energy and stored energy in the metal mass of the evaporator. The analyses demonstrate that an optimal hot gas temperature can be identified so that the defrosting process takes place at the shortest possible melting time and with the lowest possible input energy.
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Oruganti, Surya Kaundinya. "Stochastic models on residual scales in LES of sprays in diesel-like conditions : spray formation, turbulent dispersion and evaporation of droplets". Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEC042.
Resumo:
Dans le cadre de la simulation à grandes échelles (LES), la thèse aborde la simulation des sprays dans les conditions d’un moteur à injection directe. La vitesse de l’injection des sprays dans ces conditions est très élevée. En conséquence, des structures énergétiques intermittentes aux petites échelles turbulentes peuvent se manifester dans l’écoulement produit. C’est pourquoi l’accent est mis sur la simulation stochastique des effets turbulents aux échelles non-résolues par LES dans les conditions d’un moteur à injection directe. L’impact de ces effets sur l’atomisation primaire et secondaire, la dispersion des gouttelettes et leur vaporisation représente l’élément essentiel de cette thèse. Dans le but de modéliser ces effets d’intermittence aux échelles non-résolues, deux différentes approches ont été proposées récemment dans la littérature. Dans la thèse, l’accent est mis sur leur application et une éventuelle amélioration pour les conditions d’un moteur à injection directe. La première approche est LES-SSAM (Stochastic Subgrid Acceleration Model). Contrairement aux LES classiques, la LES-SSAM modélise l’accélération turbulente non résolue par le forçage de sous-maille des équations de Navier-Stokes. Ce forçage représente un processus stochastique de type Ornstein-Uhlenbeck construit de telle façon que les propriétés stochastiques de l’accélération, observées par les expériences et les simulations directes, sont représentées. Une telle LES-SSAM, où l’expression de la norme de l’accélération de sous-maille est modifiée, a été appliquée et testée pour la modélisation de l’écoulement interne de l’injecteur d’une simple configuration. Les résultats ont démontré l’efficacité de cette approche malgré la résolution grossière du maillage. Une autre application de LES-SSAM, dans la thèse, concerne sa combinaison avec la méthode VoF pour la simulation de l’écoulement à l’interface au voisinage de l’injecteur. Ici aussi, l’efficacité de cette combinaison a été démontrée en comparaison avec l’expérience et les méthodes numériques actuellement employées pour la simulation de l’atomisation primaire. La deuxième approche abordée dans la majeure partie de la thèse, et qui vise aussi à représenter les effets de l’intermittence aux échelles non-résolues, se base sur la formulation stochastique de la dynamique des gouttes en pulvérisation et en vaporisation, tout en couplage two-way avec l’écoulement turbulent. Les travaux contribuent à la vérification et l’amélioration de cette formulation stochastique. Ainsi le modèle stochastique d’atomisation secondaire est contrôlé par le processus stochastique log-normal pour la dissipation visqueuse. La même variable est la variable-clé pour le modèle de dispersion de gouttes, ces dernières étant soit inférieures soit supérieures à l’échelle de Kolmogorov. La dernière situation a été décrite par la modification de l’équation de mouvement d’une goutte. Enfin, un nouveau modèle stochastique de vaporisation des gouttes, dont le mélange turbulent fait partie du modèle, a été proposé et testé. Tous ces modèles stochastiques ont été implantés dans le code OpenFoam puis testés en comparaison avec d’autres modèles et avec les données expérimentales présentées par le réseau Engine Combustion Network (ECN). L’avantage de l’application de ces modèles sur les maillages à la résolution grossière a été clairement démontréThis thesis concerns with the Large Eddy Simulations (LES) of fuel sprays in direct-injection engines. Given the high injection velocities of sprays, the resulting turbulent flow may be characterized by energetic intermittent structures at small spatial scales. Therefore, the emphasis in this thesis is put on stochastic simulation of turbulent effects on unresolved scales in the engine relevant conditions. The impact of this effect on spray primary and secondary atomization, on droplets dispersion and evaporation represents the main focus in this thesis. The further assessment and modification of two different approaches, developed recently, was the main objective in this thesis. The first one is addressed to LES-SSAM (stochastic sub-grid acceleration model) approach, in which the Navier-Stokes equations are forced on residual scales. This forcing is given by the Ornstein-Uhlenbeck stochastic process constructed in a way to represent the stochastic properties of the subgrid acceleration, known from the experiment and DNS. In the framework of this approach, with the expression of the acceleration norm modified for the wall-bounded conditions, the first step concerned the simulation of the nozzle internal flow on the coarse grid. The results showed the efficiency of this approach. Another step in this part was to combine LES-SSAM with the interface tracking VOF method in the simulation of the near-field of the spray. The performed assessment of this approach in comparison with measurements and with alternative approaches known from the literature demonstrated a potential of such combination of two methods. The second approach in this thesis, in which the intermittency effects on residual scales are also on target, concerned the stochastic modeling of the secondary breakup, dispersion and evaporation of droplets; introducing the two-way coupling between droplets and a highly turbulent flow. Here, the assessment and further development of stochastic models of droplets represent the main contribution in this thesis. So, the model of the secondary breakup is controlled by the stochastic log-normal process for the viscous dissipation rate. The same stochastic variable is the key variable for the dispersion model of droplets below and above the Kolmogrov scale. The droplet equation of motion for the latter case was modified addressing the significant role to simulation the stochastic direction of the droplet acceleration. Finally, the new stochastic model of the turbulent evaporation, in which the stochastic mixing process is a part of the evaporation model, is also represented in this thesis. The different stochastic models outlined above are assessed in comparison to the state-of-art models available in literature and the experiments of Engine Combustion Network (ECN). The results have shown that stochastic models give a good representation of both macroscopic and microscopic spray characteristics on relatively coarse grids
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Frenzel, Erik. "Co-Simulation von LIGGGHTS® und SimulationX® zur Simulation des Zerkleinerungsprozesses in Brechern". Universitätsbibliothek Chemnitz, 2016. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-qucosa-206919.
Resumo:
In vielen Bereichen der Tagebautechnik spielt die Zerkleinerung von Material/ -strömen eine wesentliche Rolle, wobei sich je nach Material verschiedene Anforderungen an das Brechersystem ergeben. In Folge dessen werden Brecher auftragsspezifisch, meist für einen speziellen Gesteinstyp oder Einsatzort entwickelt oder modifiziert. Eine aussagekräftige Prognose der im Bruchprozess auftretenden Lasten auf den Brecher ist somit essentieller Bestandteil im Entwicklungsprozess.
Ein viel versprechender Ansatz, um das Materialverhalten in der Lastprognose zu berücksichtigen, ist die numerische Simulation des Materialbruchverhaltens mit Hilfe der Diskreten-Elemente-Methode (DEM). Das Verhalten der sogenannten Partikel wird über Kontakt- und bond-Modelle beschrieben und soll das makroskopische Verhalten des jeweiligen Gesteins möglichst realitätsnah abbilden.
Die Problematik ist, dass in SimulationX® keine Module zur DEM-Simulation vorhanden sind und umgekehrt in der DEM-Simulationsumgebung LIGGGHTSG® (LAMMPS improved for general granular and granular heat transfer simulations) keine derartige Maschinensimulation möglich ist. Der Ausweg ist die Co-Simulation zweier unterschiedlicher Simulationsumgebungen durch die Nutzung des ,,Functional Mock-Up Interface“-Standards (FMI).
Berechnungsergebnis sind die dynamischen Lasten auf den Brecher unter Berücksichtigung des Materialverhaltens. Somit können früher in der Brecherentwicklung Prognosen zu auftretenden Lasten getroffen und Einflussuntersuchungen von Maschinenkonfigurationen zur Effizienzsteigerungen durchgeführt werden, was zuvor auf Grund des Einzelanfertigungscharakters nicht möglich oder nicht wirtschaftlich war.
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Drumright-Clarke, Mary Ann. "Numerical simulations that characterize the effects of surfactant on droplets in shear flow". Diss., Virginia Tech, 2002. http://hdl.handle.net/10919/26895.
Resumo:
Numerical simulations utilizing the code SURFER++ with the incorporation of an insoluble surfactant in the VOF scheme were conducted to characterize the effects of surfactant on a drop in shear flow. The drop is suspended in a matrix liquid. A parameter called reduction, which specifically relates to a percentage decrease in effective surface tension, is used to measure the surfactant amount on the interface. In a model system where reduction = 0.1, viscosity ratio = 1 and density ratio = 1, it was found that stable drops tend to be more elongated and less inclined to the primary flow direction than drops unexposed to surfactant. This can be explained by the location of surfactant at the interface as the drop evolves. Breaking drops also show a flattened angle, but exhibit shorter necks and faster time to break than similar drops without surfactant. As reduction increases, various physical characteristics of the drops change across Reynolds number.Ph. D.
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Chmura, Thorsten. "Analyse, Modellierung und Simulationen von Routenwahlverhalten / Analyses, Modelling and Simulation of Route Choice Behaviour". Gerhard-Mercator-Universitaet Duisburg, 2005. http://www.ub.uni-duisburg.de/ETD-db/theses/available/duett-05152005-222337/.
Resumo:
This thesis will give an overview about the connection of physics and economy in special view of human behavior in traffic scenarios. Main topic is the human decision making process in a two-route-choice scenario. In three main Experiments, human players had to decide between two routes which connect two cities. The first experiment is defined by a pure Nash-equilibrium and 18 participants, the second experiment is similar, but alternating construction sites on both routes were added. Experiment 1 and 2 are played over 200 periods. The third experiment is a minority game with mixed equilibria and 9 participants. Experiment 3 was played over 100 periods. Furthermore the first experiment was extended to a larger group of players up to 90 persons. For every experiment two treatments with 6 observations were played. The treatments differ in the given information to the participants before they choose between the two routes. In the first treatment the information about the own travel time was given, additionally in the second treatment the information about travel times on both routes were given. The second part of the thesis describes the statistical data and illustrates the results. Two main results are that the equilibrium was not stable in the experiments, the fluctuations persists to the end of every observation. Further on two player types were found and explained in this chapter. In the third part of this thesis an extended payoff-sum model is described and explained. Simulations using this reinforcement learning model were run and show the reproducibility of the empirical data. In the conclusions the main results are shown and discussed.
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Steingass, Alexander. "Simulation von Navigationssystemen". [S.l.] : [s.n.], 2002. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=964538040.
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Kramper, Wolfgang. "Simulation von Schwarmverhalten". Berlin mbv, Mensch-und-Buch-Verl, 2010. http://d-nb.info/1002925584/04.
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Ziegenhain, Dr Gerolf. "Atomistische Simulation von Nanoindentation". Kaiserslautern Dr. Gerolf Ziegenhain c/o TU Kaiserslautern, 2009. http://gerolf.ziegenhain.com.
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Reul, Stefan. "Simulation von Lagern - Vergleiche -". Universitätsbibliothek Chemnitz, 2009. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:ch1-200900796.
Resumo:
- Allgemeine Problematik bei der FEM-Simulation von Lagern/Gelenken
- Modellierungstechniken in MECHANICA wie z.B. Kontakt-Analysen, Balkenspinnen, gewichtete Verbindungen, orthotropes Material, etc.
- Vergleich dieser Techniken und Diskussion der Vor- und Nachteile anhand eines Gleitlagers
- Empfehlungen und Regeln
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Petersen, Holger. "Gegenseitige Simulation von Datenstrukturen". [S.l. : s.n.], 2002. http://www.bsz-bw.de/cgi-bin/xvms.cgi?SWB10447197.
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Wedemann, Martin Gero. "Simulation von Struktur und Strukturregulation von Chromatin". [S.l. : s.n.], 1999. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=958334269.
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Treeck, Christoph Alban van. "Gebäudemodell-basierte Simulation von Raumluftströmungen". [S.l.] : [s.n.], 2004. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=972766952.
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Demmerer, Stephan. "Simulation von Schallfeldern am Kraftfahrzeug". [S.l.] : [s.n.], 2002. http://deposit.ddb.de/cgi-bin/dokserv?idn=964428075.
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Sonnen, Johannes. "Simulation von Ernteprozessketten für Siliergüter /". Berlin, 2007. http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&doc_number=015574976&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA.
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Schiller, Achim. "Optimierung der Simulation von Kohlenstaubfeuerungen /". Düsseldorf : VDI-Verl, 1999. http://www.gbv.de/dms/bs/toc/26969868X.pdf.
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Resumo:
Bei CAD-Systemen mit integriertem MKS ist der Schritt zur Simulation von Kurvenschrittgetrieben vermeintlich kurz, da alle zugehörigen Bauteile inkl. der Massen und Trägheiten vorhanden sind, jedoch müssen Bewegungsprofile meist mit einer zusätzlichen Software gestaltet werden. Außerdem sind oft Änderungen an den Geometrien für ein lauffähiges Simulationsmodell notwendig und dynamische Aspekte können nur begrenzt abgebildet werden.
Der Einsatz von Spezialsoftware wie MOCAD liefert schnell Ergebnisse und ermöglicht einfache Parametervariationen, wobei meist nur kinetostatische Analysekennwerte auf Grundlage analytischer Berechnungsvorschriften betrachtet werden. Dynamische Effekte und genaue Kontaktanalysen in den Kurvengelenken übersteigen meist den Funktionsumfang solcher Programme.
Der Aufbau eigener Simulationsmodelle mit Hilfe von CAS-Systemen ermöglicht exakte Simulationsmodelle bei sehr hohem Programmier- und Debugg-Aufwand. Der hohe Komplexitätsgrad macht diese Tools nur für Spezialisten anwendbar.
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Buck, Alexander. "Simulation von Bremsenquietschen (brake squeal) /". Aachen : Shaker, 2008. http://d-nb.info/991204492/04.
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Böhmerle, Frank. "Modellierung und Simulation von Geschäftsprozessen". [S.l.] : Universität Stuttgart , Fakultät Informatik, 1996. http://www.bsz-bw.de/cgi-bin/xvms.cgi?SWB6783670.
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Resumo:
Die exakte Kenntnis vom Materialverhalten und speziell von lokalen Flächenmasseschwankungen der textilen Flächen ist Voraussetzung für eine Verbesserung der Produktentwicklung und für eine hohe Qualitätsverarbeitung in der Konfektionsindustrie. Dieser Fakt ist ebenfalls für die zunehmende Anwendung im Bereich der Simulationsberechnungen von erheblicher Bedeutung. Der Wandel von 2D-CAD- zu 3D-CAD-Systemen führt in der Bekleidungsindustrie zur zwingenden Berücksichtigung der Materialeigenschaften. Aufgrund des Montageprozesses zeigen die konfektionierten textilen Flächen im Vergleich zu unkonfektionierten textilen Flächen ein anderes Erscheinungsbild. Mehrlagige Gewebe (infolge einer Naht, einer Einlage oder eines Futterstoffes) beeinflussen das Biegeverhalten und das Fallverhalten der textilen Flächen erheblich. Zur Bestimmung der Biegesteifigkeit ist seit Jahrzehnten das manuell zu bedienende Prüfgerät nach dem Cantilever-Verfahren das Bekannteste. Die eigenen Untersuchungen bestätigen, dass das Prüfgerät viele Mängel hat, welche die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit der Messergebnisse wesentlich beeinflussen. Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neues Biegesteifigkeitsprüfgerät (ACPM 200) entwickelt, um eine optimale Genauigkeit und hohe Reproduzierbarkeit der Messergebnisse zu erfassen. Eine neue Methode zur Ermittlung des Einflusses der Naht auf die Biegesteifigkeit einer größeren textilen Fläche ist in der Arbeit vorhanden, um die exakte Beschreibung des realen Verhaltens von textilen Bekleidungsprodukten zu ermitteln. Die Simulation des Biegeverhaltens textiler Flächen ohne und mit vertikaler Naht wird mit Hilfe der FEM durchgeführt. Abschließend wird eine neue Prüfnorm vorgestellt, welche die Biegesteifigkeit von textilen Flächen mit lokalen Flächenmasseschwankungen mittels des neuen Biegesteifigkeitsprüfgerätes ACPM 200 beinhaltetBending stiffness and Drapeability are essential material parameters for simulating textile and clothing products. Due to assembling processes garments are showing different appearances through modelling than textile fabrics. This is based on stiffening, which is caused by assembling process and local variations within material’s mass throughout the fabric. Since decades the manual bending stiffness testing device, which is based on Cantilever method, has been known. This device is insufficient because of irregular feed speed of bending sample, the visual determination of reaching and reading the bending length, the little reading precision of the measurable slide (half Millimetre) and the form of the front edge of the sample does not stay linear. Obtaining an exact evaluation of this sample edge is not possible with this device. Extensive experiments have confirmed that these deficits influence the accuracy and the reproduction of the results in a high degree. To remedy these deficits and to obtain an exact description of the material’s behaviour in order to achieve an optimal modelling of the clothing products is the new bending stiffness testing device (ACPM 200) at the ITB of TU Dresden developed. Within the investigations a new method for determining the influence of the seam on the bending stiffness of the adjacent textile fabric will be introduced. The Influence of seams on the drapability of textile fabric is investigated. A static model of Fabric with and without vertical seams is analysed with using the finite element method (FEM)
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Doerfel, Sarah. "Generierung von Grundlagen für die Simulation von Weichgewebeverletzungen". Diss., Ludwig-Maximilians-Universität München, 2015. http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bvb:19-181765.
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Lackovič, Roman. "VRF systém". Master's thesis, Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství, 2017. http://www.nusl.cz/ntk/nusl-318375.
Resumo:
Master's thesis "VRF system" aims on the energy simulation of energy needs for HVAC system of one floor of the FSI NetMe Research Centre building and followed evaluation of the advantage of using VRF system with heat recovery function. The first part is a theoretical introduction, which describes the basics of the mechanical refrigeration, following the differences and ways of functioning of the VRF system with heat recovery function. Practical part of this work is aimed on the description of the way of data input into the simulation tool. Finally, the results of the simulation and economical comparation of the VRF system and the existing four-pipe cold and warm water distribution system are presented
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Loibl, André, René Andrae e Peter Köhler. "Unterstützung bei der konstruktionsbegleitenden Simulation von Flanschverbindungen". Technische Universität Chemnitz, 2018. https://monarch.qucosa.de/id/qucosa%3A21509.
Resumo:
In diesem Beitrag wird am Beispiel von Flanschverbindungen dargestellt, wie Simulations- und Berechnungsmodelle wissensbasiert aufgebaut und verknüpft werden können. Dies führt zu einer teilautomatisierten Auslegung. In einem weiteren Schritt wird eine Methode zur Optimierung der Flanschverbindung vorgestellt. Hierbei wurden Parameter identifiziert, die zur Optimierung geeignet sind. Die prototypische Implementierung der beiden Methoden erfolgte im CAD-System Siemens NX10 (Siemens PLM Software).
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Kessler, Erwin. "Stochastische Simulation von Schutzraumerschütterungen infolge Nuklearexplosionen /". Zürich, 1985. http://e-collection.ethbib.ethz.ch/show?type=diss&nr=7597.