This thesis reports on investigations carried out to study of the effect of horizontal wall jets on rough, fixed and mobile beds in open channel flow. Experimental tests were carried out, using fixed and mobile sediment beds. Computer simulation models for the flow within the jet and resulting sediment transport were developed and their results analysed in this study. In the experimental phase, tests were carried out with both fixed and mobile sediment beds. The shape of the water surface, numerous point velocity measurements and measurements of the evolving scour hole shape were made. Detailed descriptions of the turbulent flow field over a fixed rough bed and for scour holes at equilibrium were obtained for a range of initial jet conditions. Fully turbulent, multiphase flow was modelled using the Fluent Computational Fluid Dynamics software. This was used to analyze the flow caused by a jet in a rectangle open-channel with a rough bed, and also the flow pattern in a channel with a local scour hole. The volume of fluid (VOF) multiphase method and K- model was used to model the fluid flow in both cases. The model predictions of velocity and shear stress were compared against experimental observations. The experimental data was used to develop new empirical relationships to describe the pattern of boundary shear stress caused by a wall jet over fixed beds and in equilibrium scour holes. These relationships were linked with existing bed-load transport rate models in order to predict the temporal evolution of scour holes. An analytical model describing the relationship between the wall jet flow and the development of a local scour hole shape was reported and its predictions compared with experimental data.

No description available.

<p>By applying a segmentation procedure to two different sets of computed tomography scans, two geometrical models of the abdominal aorta, containing one inlet and two outlets have been constructed. One of these depicts a healthy blood vessel while the other displays one afflicted with a Abdominal Aortic Aneurysm. </p><p>After inputting these geometries into the computational dynamics software FLUENT, six simulations of laminar, stationary flow of a fluid that was assumed to be Newtonian were performed. The mass flow rate across the model outlet boundaries was varied for the different simulations to produce a basis for a parameter analysis study. </p><p>The segmentation data was also used as input data to a surface description procedure which produced not only the surface itself, but also the first and second directional derivatives in every one of its defining spatial data points. These sets of derivatives were followingly applied in an additional procedure that calculated values of Gaussian curvature. </p><p>A parameter variance analysis was carried out to evaluate the performance of the surface generation procedure. An array of resultant surfaces and surface directional derivatives were obtained. Values of Gaussian curvature were calculated in the defining spatial data points of a few selected surfaces. </p><p>The curvature values of a selected data set were visualized through a contour plot as well as through a surface map. Comparisons between the curvature surface map and one wall shear stress surface map were made.</p>

<p>The overall aim of this project is to study the heat transfer inside the reaction chamber of the Hot-Wire Chemical Vapor Deposition (HWCVD) system with a commercial software package FLUENT6.3 / it is one of the most popular Computational Fluid Dynamics solvers for complex flows ranging from incompressible to mildly compressible to even highly compressible flows. The wealth of physical models in FLUENT allows us to accurately predict laminar and turbulent flows, various modes of heat transfer, chemical reactions, multiphase flows and other phenomena with complete mesh flexibility and solution-based mesh adaptation. In this study the 3-D HWCVD geometry was measured and created in GAMBIT which then generates a mesh model of the reaction chamber for the calculation in FLUENT. The gas flow in this study was characterized as the steady and incompressible fluid flow due to the small Mach number and assumptions made to simplify the complexity of the physical geometry. This thesis illustrates the setups and solutions of the 3-D geometry and the chemically reacting laminar and turbulent gas flow, wall surface reaction and heat transfer in the HWCVD deposition chamber.</p>

By applying a segmentation procedure to two different sets of computed tomography scans, two geometrical models of the abdominal aorta, containing one inlet and two outlets have been constructed. One of these depicts a healthy blood vessel while the other displays one afflicted with a Abdominal Aortic Aneurysm. After inputting these geometries into the computational dynamics software FLUENT, six simulations of laminar, stationary flow of a fluid that was assumed to be Newtonian were performed. The mass flow rate across the model outlet boundaries was varied for the different simulations to produce a basis for a parameter analysis study. The segmentation data was also used as input data to a surface description procedure which produced not only the surface itself, but also the first and second directional derivatives in every one of its defining spatial data points. These sets of derivatives were followingly applied in an additional procedure that calculated values of Gaussian curvature. A parameter variance analysis was carried out to evaluate the performance of the surface generation procedure. An array of resultant surfaces and surface directional derivatives were obtained. Values of Gaussian curvature were calculated in the defining spatial data points of a few selected surfaces. The curvature values of a selected data set were visualized through a contour plot as well as through a surface map. Comparisons between the curvature surface map and one wall shear stress surface map were made.

Στην παρούσα εργασία μελετάται αριθμητικά η ροή σε σήραγγα υπό συνθήκες ελεύθερης επιφάνειας και έντονης κλίσης πυθμένα 1:10. Διερευνάται η δυνατότητα μείωσης της ταχύτητας ροής μέσω κατακόρυφων, πλευρικών στοιχείων τραχύτητας. Συγκεκριμένα γίνεται τρισδιάστατη προσομοίωση της ροής με χρήση του μοντέλου ANSYS – Fluent και τα αποτελέσματα συγκρίνονται με εκείνα που προέκυψαν από αντίστοιχο πείραμα που πραγματοποιήθηκε στο Εργαστήριο Υδραυλικής Μηχανικής του Τμήματος Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πατρών. Αφορμή για το συγκεκριμένο σχεδιασμό αποτέλεσε η διερεύνηση της εκτροπής των πλημμυρικών παροχών από ορεινή λεκάνη σε κατάντη ταμιευτήρα μέσω σήραγγας και συγκεκριμένα από το οροπέδιο Λασιθίου στον ταμιευτήρα του φράγματος Αποσελεμή. Με δεδομένα τα ανωτέρω, επιθυμείται να αποφευχθεί η κατασκευή βαθμίδων ή στοιχείων τραχύτητας στον πυθμένα και, επομένως, απαιτείται η μόρφωση «πτυχώσεων» στα τοιχώματα έτσι ώστε να αναπτυχθεί δευτερογενής ροή και με εισρόφηση αέρα. Η αποτελεσματικότητα του σχεδιασμού διερευνήθηκε σε υδραυλικό ομοίωμα κλίμακας 1:12.5 που βασίσθηκε σε συνθήκες δυναμικής ομοιότητας κατά Froude για χαρακτηριστικές τιμές παροχής. Η επεξεργασία των μετρήσεων έδειξε ότι με κατάλληλη διάταξη πλευρικών στοιχείων τραχύτητας ελέγχεται η τιμή της ταχύτητας και ικανοποιείται η απαίτηση μεγίστου βάθους ροής σε σχέση με τις διαστάσεις της σήραγγας. Για την υπολογιστική επίλυση του προβλήματος αξιοποιήθηκαν οι εξισώσεις Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS), ενώ για το κλείσιμο της τύρβης χρησιμοποιήθηκε το μοντέλο δυο εξισώσεων k-ω, το οποίο επεξηγείται αναλυτικά. Η διαχείριση της ελεύθερης επιφάνειας έγινε με τη μέθοδο Volume of Fluid (VOF), ενώ η αριθμητική επίλυση βασίστηκε στη μέθοδο των πεπερασμένων όγκων και πραγματοποιήθηκε με το υπολογιστικό πακέτο Fluent CFD της ANSYS inc. Για την ροή στον υπό εξέταση αγωγό η ροή είναι υπερκρίσιμη με κλίση πυθμένα S_0=0.10. Για λόγους ελέγχου της ακρίβειας της αριθμητικής μεθόδου που χρησιμοποιήθηκε, αρχικά επιλύθηκε η περίπτωση τρισδιάστατου καναλιού ορθογωνικής διατομής χωρίς πλευρικά στοιχεία τραχύτητας και τα αποτελέσματα που προέκυψαν συγκρίθηκαν με αναλυτικά αποτελέσματα μονοδιάστατης ροής (κατακόρυφο επίπεδο) υπεράνω επίπεδου πυθμένα. Τα αποτελέσματα βρέθηκαν σε καλή συμφωνία μεταξύ τους, γεγονός που επιβεβαίωσε την καταλληλότητα της μεθόδου. Για το τρισδιάστατο πρόβλημα με τα κατακόρυφα πλευρικά στοιχεία τραχύτητας, η ανάλυση έδειξε ότι το διάμηκες προφίλ της ελεύθερης επιφάνειας παρουσιάζει κυματισμούς σε όλη την περιοχή των στοιχείων τραχύτητας. Το βάθος ροής κατέρχεται σταδιακά από το αρχικό κρίσιμο βάθος μέχρι να φθάσει στο επίπεδο του βάθους των 0.06 m, το οποίο δεν είναι το ομοιόμορφο βάθος αφού η ροή συνεχίζει να επιταχύνεται. Επιπροσθέτως, παρατηρήθηκε η δημιουργία μιας περιοχής ανακυκλοφορίας της ροής ανάμεσα στα πλευρικά στοιχεία τραχύτητας. Τα αποτελέσματα που πρόεκυψαν από το αριθμητικό μοντέλο συγκρίθηκαν με τα πειραματικά αποτελέσματα και η συμφωνία μεταξύ αριθμητικών προβλέψεων και πειραματικών δεδομένων είναι ιδιαίτερα ικανοποιητική. / A three-dimensional CFD numerical model has been utilized to simulate the 3D free-surface flow under supercritical flow conditions in a 10% sloping channel over vertical roughness elements on the side walls. The effectiveness of vertical roughness elements on the side walls is investigated, with the aim to reduce flow velocity in the tunnel. The program, ANSYS Fluent, solves the Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) equations on an unstructured five-hedral grid using PISO method and the flow is treated as steady while the k-omega model is used as turbulence model. The numerical simulation has been based on the Volume of Fluid method (VOF) approach. Available experimental measurements of the free-surface in a sloping channel, under various supercritical flow regimes, have been used to validate the proposal numerical methodology. These experiments were conducted at the Hydraulic Engineering Laboratory of the Civil Engineering Department, University of Patras. In all test cases the 3D numerical model gives reasonable comparisons with measurements for the water depth.

Είναι πλέον αποδεκτό ότι οι αγγειακές βιολογικές διαδικασίες επηρεάζονται από την τοπική αιμοδυναμική. Πειράματα in vivo, in vitro και αριθμητικές μελέτες επιβεβαίωσαν ότι τα μοντέλα της ροής στην αρτηριοφλεβική αναστόμωση (ΑΦΑ) είναι αυστηρά εξαρτημένα από τη γεωμετρία της περιοχής. Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε το πεδίο ροής του αίματος σε "εικονικές γεωμετρίες" των ΑΦΑ μέσω μεθόδων υπολογιστικής ρευστομηχανικής. Με τον όρο "εικονική γεωμετρία" καλούμε μια γεωμετρία που δεν προσδιορίζεται από μετρήσεις σε πραγματικές αναστομώσεις αλλά προσομοιάζει προσεγγιστικά σ'αυτή. Ως οριακές συνθήκες του προβλήματος ετέθησαν κατανομές ταχύτητας που είχαν μετρηθεί σε συγκεκριμένες θέσεις εισόδου στο επίπεδο αρτηρίας και φλέβας της ΑΦΑ. Η μελέτη του πεδίου ροής περιλαμβάνει την κατανομή ταχυτήτων σε όλη την περιοχή της ΑΦΑ, τον προσδιορισμό και μελέτη των περιοχών ανακυκλοφορίας, κατανομή των πιέσεων και των διατμητικών τάσεων στο τοίχωμα της ΑΦΑ. Η μελέτη του πεδίου ροής περιλαμβάνει τη σύγκριση των υπολογιστικά λαμβανομένων μεγεθών με τα αντίστοιχα αποτελέσματα εκ της βιβλιογραφίας. Σε ένα ξεχωριστό μέρος της εργασίας αναλύονται οι ΑΦΑ και οι τεχνικές τους, οι επιπλοκές τους καθώς και τα εμβιομηχανικά χαρακτηριστικά τους. Επίσης αναλύεται η συσχέτιση των αιμοδυναμικών διαταραχών με την ανάπτυξη ινομυϊκής υπερπλασίας. / It is widely accepted that the vascular biological procedure is influenced by the local hemodynamics. Experiments in vivo, in vitro and numerical studies have confirmed that the flow models in Arteriovenous Anastomosis (AVA) depend strongly on the area geometry. This project goes through the flow distribution in “virtual geometries”of AVA using computational fluid dynamics (CFD). The term “virtual geometry” refers to a type of geometry which is not determined by calculations of real anastomosis but roughly simulates it. The boundary conditions of the problem were the velocity distributions that were calculated in specific entrance points in artery and vein of the AVA. The study of the flow distribution encompasses the velocity distribution in the whole area of the AVA, the specification and investigation of back flow areas, the distribution of pressure and shear stress in the AVA walls. It also encompasses the comparison of computated results to the equivalent measurements accumulated from the international bibliography. A separate chapter of this study refers to different kinds of AVA and their techniques, complications and biomechanical characteristics. Furthermore, it elaborates the correlations of the hemodynamical disorders and intimal hyperplasia.

<p>The overall aim of this project is to study the heat transfer inside the reaction chamber of the Hot-Wire Chemical Vapor Deposition (HWCVD) system with a commercial software package FLUENT6.3 / it is one of the most popular Computational Fluid Dynamics solvers for complex flows ranging from incompressible to mildly compressible to even highly compressible flows. The wealth of physical models in FLUENT allows us to accurately predict laminar and turbulent flows, various modes of heat transfer, chemical reactions, multiphase flows and other phenomena with complete mesh flexibility and solution-based mesh adaptation. In this study the 3-D HWCVD geometry was measured and created in GAMBIT which then generates a mesh model of the reaction chamber for the calculation in FLUENT. The gas flow in this study was characterized as the steady and incompressible fluid flow due to the small Mach number and assumptions made to simplify the complexity of the physical geometry. This thesis illustrates the setups and solutions of the 3-D geometry and the chemically reacting laminar and turbulent gas flow, wall surface reaction and heat transfer in the HWCVD deposition chamber.</p>

L'objectif de la thèse était d'étudier la faisabilité du stockage solide de l'hydrogène sous forme d'hydrure de magnésium (MgH2).<br />Dans un premier temps la poudre de MgH2 activé a été caractérisée d'un point de vue cinétique, thermodynamique, et thermique. Les cinétiques d'absorption / désorption de l'hydrogène s'avèrent très sensibles à une exposition des poudres à l'air.<br />La réaction d'hydruration, très exothermique, nécessite d'évacuer très rapidement la chaleur pour charger un réservoir dans un temps raisonnable. Afin d'augmenter la conductivité thermique, un procédé de mise en forme du matériau avec ajout de graphite naturel expansé (GNE) a été développé. Cette mise en forme permet d'obtenir des disques solides et usinables d'MgH2 activé de porosité réduite, présentant une densité volumique de stockage deux fois plus élevée que la poudre libre, et dont la manipulation est plus facile et sûre.<br />L'analyse du comportement thermique et des flux gazeux a d'abord été menée avec un réservoir de faible capacité (90 Nl d'H2) mais permettant de s'adapter à des configurations expérimentales variées. Un second réservoir a été conçu pour répondre aux spécificités des composites "MgH2 + GNE". Ce réservoir permet d'absorber 1200 Nl (105 g d'H.) en 45 minutes, avec une densité volumique système équivalente à celle d'une bouteille d'hydrogène comprimé à 480 bars.<br />Simultanément, un modèle numérique du comportement des réservoirs de MgH2 a été développé à l'aide du logiciel Fluent®. Les simulations numériques des chargements et des déchargements concordent avec l'expérience et expliquent le comportement réactionnel du matériau.

L'étude présentée ici entre dans la problématique générale des arcs électriques intervenant dans des applications industrielles telles que le soudage, le découpage, le traitement des déchets. Ce travail constitue une première phase de modélisation de cette étude générale. Le plasma est décrit par un ensemble d'équations de conservation de fluide et de l'électromagnétisme, complétés par des propriétés thermodynamiques et des coefficients de transport appropriés, en formant un système d'équations non linéaires fortement couplées. Ces équations sont écrites en supposant l'équilibre thermodynamique local, une symétrie cylindrique et un écoulement laminaire stationnaire. Ce système d'équations est résolu à l'aide du logiciel commercial FLUENT de type CFD fondé sur l'approche des volumes finis. Pour pouvoir utiliser la partie solveur nous avons résolu notre modèle en utilisant les routines UDF Users-Defined-Function. Dans une première partie, nous présentons la validation du modèle à deux dimensions et à 100 A dans l'argon par des résultats de la littérature. Cette comparaison laisse apparaître un accord satisfaisant sur les profils de température dans la colonne de plasma et des différences dans les zones proches des électrodes dues aux conditions aux limites. Dans une deuxième partie, nous présentons une étude expérimentale, à l'issue de laquelle on constate que les profils de température expérimentaux sont en accord avec ceux du modèle dans la zone de colonne positive.