Hareketsiz alan problemleri için FEniCS ortamında RBVMS metodu ile bir hesaplamalı akışkanlar dinamiği çözücü geliştirilmesi - Hoş, İsmail; Aydınbakar, levent; Bursa Teknik Üniversitesi Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı; Lisansüstü Eğitim Enstitüsü (Bursa, 2024)
Bu tez çalışmasında, hareketsiz alan problemleri için FEniCS ortamında "Kalıntı Tabanlı Varyasyonel Çok Ölçekli" ("Residual-Based Variational Multiscale," RBVMS) metodu ile bir Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği ("Computational Fluid Dynamics," CFD) çözücüsü geliştirilmiştir. FEniCS, Sonlu Elemanlar Metodu ("Finite Element Method," FEM) ile diferansiyel denklemlerin çözümünde kullanılan açık kaynaklı bir yazılım kütüphanesidir ve bilimsel hesaplamalar için güçlü bir araçtır. RBVMS yöntemi, Navier-Stokes denklemlerinin çözümünde akışın modellenmesi için kullanılır ve çözülmemiş ölçeklerin etkisini minimize eder. Bu yöntem, yüksek doğruluk ve kararlılık sağlamak amacıyla stabilizasyon teknikleri kullanarak daha doğru sonuçlar elde etmeyi amaçlar. Tez kapsamında, RBVMS yönteminin teorik temelleri ayrıntılı bir şekilde ele alınmış ve bu yöntemin FEniCS platformunda nasıl uygulanacağı açıklanmıştır. Geliştirilen çözücünün etkinliğini ve doğruluğunu değerlendirmek amacıyla iki temel test problemi üzerinde çalışmalar gerçekleştirilmiştir: Kapak tahrikli akış problemi ve dönen silindir etrafındaki akış problemi. Bu test problemleri, literatürde yaygın olarak kullanılan ve CFD çözücülerinin doğruluğunu test etmek için ideal referanslar olarak ele alınmıştır. Kapak tahrikli akış problemi için yapılan analizlerde, farklı ağ yapıları Reynolds sayıları ve engel geometrileri kullanılarak akış çözümlerinin doğruluğu incelenmiştir. Ağ bağımsızlık çalışmaları sonucunda, en uygun ağ yoğunluğu belirlenmiş, bu yoğunluk için farklı modeller üzerinde CFD analizleri yapılmış ve elde edilen sonuçlar literatürdeki referans çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Bu karşılaştırmalar sonucunda, geliştirilen çözücünün akış karakteristiklerini doğru bir şekilde temsil ettiği ve güvenilir sonuçlar verdiği gözlemlenmiştir. Dönen silindir etrafındaki akış problemi için ise, silindirin dönme hızının farklı değerleri kullanılarak akış yapıları ve girdap dinamikleri incelenmiştir. Bu analizler sonucunda, geliştirilen çözücünün yüksek Reynolds sayılarında bile doğru ve kararlı sonuçlar verdiği belirlenmiştir. Ayrıca, farklı hız oranlarına göre elde edilen akış karakteristikleri, literatürdeki referans verilerle büyük ölçüde uyumlu bulunmuştur. Yapılan çalışma, FEniCS ortamında RBVMS yöntemi ile CFD çözücüsü geliştirilmesi konusunda akademik literatüre önemli bir katkı sağlamaktadır. Geliştirilen çözücü, hareketsiz alan problemlerinde çeşitli mühendislik uygulamalarında da kullanılabilecek etkin ve esnek bir araç olarak değerlendirilmektedir. Çalışmanın sonuçları, FEniCS ve RBVMS yönteminin CFD alanında daha geniş uygulamalara yönelik potansiyelini ortaya koymaktadır.
Tez (Yüksel Lisans ) -Bursa Teknik Üniversitesi Lisansüstü Eğitim Enstitüsü,2024
Kaynakça : 32-35 sayfa
Keywords: Hesaplamalı Akışkanlar Dinamiği; Sonlu elemanlar metodu