Ανάπτυξη και πρώτη εφαρμογή μοντέλου υπολογιστικής ρευστοδυναμικής με περιγραφή σωματιδίων κατά Lagrange με σκοπό την ελαχιστοποίηση του υπολογιστικού κόστους, για τη μελέτη ρευστοποιημένων κλινών ανακυκλοφορίας - Μπρίνιας, Κωνσταντίνος (Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Μηχανολόγων Μηχανικών. Τομέας Θερμότητας. Εργαστήριο Ατμοκινητήρων και Λεβήτων, 2015)
Στη παρούσα διπλωματική εργασία πραγματοποιείται η τρισδιάστατη προσομοίωση, με εφαρμογή μοντέλων υπολογιστικής ρευστομηχανικής, ενός ενανθρακωτή που αποτελεί ένα από τους δύο αντιδραστήρες μιας πιλοτικής εγκατάστασης συζυγών ρευστοποιημένων κλινών ανακυκλοφορίας για τη δέσμευση CO2, ισχύος 1 MWth. Η ανάπτυξη του αριθμητικού μοντέλου για τη της διφασική ροή εντός των κλινών, γίνεται με εφαρμογή της μεθόδου MP-PIC (Multiphase Particle-In-Cell), η οποία έχει ως βάση την στοχαστική προσέγγιση Euler-Lagrange. Για την ανάπτυξη του μοντέλου χρησιμοποιήθηκε ως βάση το εμπορικό πακετό ANSYS FLUENT 15.0. Στα πλαίσια της διπλωματικής εργασίας υλοποιήθηκαν κατάλληλοι κώδικες (User Defined Functions) σε γλώσσα C, οι οποίοι ορίζουν σωστά τις οριακές συνθήκες των σωματιδίων και επί της ουσίας πραγματώνουν την αναλυκλοφορία των σωματιδίων, καθώς μοντελοποιήθηκε μόνο ο αγωγός ανόδου της μονάδας. Επίσης στο εμπορικό πακέτο ενσωματώθηκαν κώδικες για την ορθότερη μοντελοποίηση των ενδοσωματιδιακών τάσεων. Όλοι οι κώδικες παραλληλοποιήθηκαν, έτσι ώστε να αξιοποιηθεί η δυνατότητα της υπολογιστικής πλατφόρμας του FLUENT για παράλληλη επεξεργασία. Παράλληλα, διεξήχθει παραμετρική ανάλυση, στα πλαίσια της οποίας εξετάστηκε η επίδραση του πλήθους των υπολογιστικών σωματιδίων, της κατανομής των σωματιδιακών όρων πηγής μέσω συντελεστών βαρύτητας, καθώς και του συντελεστή αποκατάστασης σωματιδίου-τοιχώματος. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων συγκρίθηκαν με τα αντίστοιχα αποτελέσματα της προσέγγισης Euler-Euler (Zeneli et al., 2015) για την ίδια μονάδα και τις ίδιες συνθήκες λειτυργίας. Τα μοντέλα οπισθέλκουσας που εξετάστηκαν είναι το συμβατικό του Gidaspow και το EMMS, με το δεύτερο να προσεγγίζει ικανοποιητικά τα πειραματικά δεδομένα, βελτιώνοντας αισθητά την ακρίβεια μοντελοποίησης. Τέλος, επαληθεύτηκε το χαμηλότερο υπολογιστικό κόστος της μεθόδου σε σχέση με την καθιερωμένη μέθοδο Euler-Euler, καθώς απαιτούνται μονο 22 ώρες για την προσομοίωση ροής πέντε δευτερολέπτων, με χρήση 4 υπολογιστικών κόμβων. Συνέπεια αυτού, ήταν η μείωση του χρόνου υπολογισμού περίπου κατά 20% σε σύγκριση με τη μέθοδo Euler-Euler. Χρειάζεται όμως περεταίρω βελτίωση των μοντέλων MP-PIC για να αυξηθεί η ακρίβειά τους τουλάχιστον στο επίπεδο των αποτελεσμάτων της Euler-Euler που έχει διερευνηθεί διεξοδικά πάνω από δύο δεκαετίες.