is Íslenska en English

Lokaverkefni (Meistara)

Háskóli Íslands > Verkfræði- og náttúruvísindasvið > Meistaraprófsritgerðir - Verkfræði- og náttúruvísindasvið >

Vinsamlegast notið þetta auðkenni þegar þið vitnið til verksins eða tengið í það: http://hdl.handle.net/1946/16696

Titill: 
  • Titill er á ensku Investigation of the Complex Flow in High Energy Spillways by Means of Computational Modelling and Experiments
Námsstig: 
  • Meistara
Útdráttur: 
  • Útdráttur er á ensku

    The hydrodynamics in open channel flows are most challenging and obey complex physical laws. In order to investigate the cavitation potential and the functionality of a spillway, time consuming and cost-intensive physical models are built in a smaller scale. Froude scaling is used to compare the model to the prototype. A two-phase flow, consisting out of air and water, is common in high energy spillways. Air entrainment and air distribution in spillway flows are subjected to scaling effects and cannot be obtained from a model and transferred to a prototype. For an accurate determination the evolvement of an aerated flow depending on bubble sizes and their distribution, suspended particles and aeration rate on the bottom of the spillway have to be taken into account in respect to the cavitation potential. In this work, experiments and simulations are carried out to understand the complexity of high-energy spillway flows. The simulations are based on numerical modelling, which is a combined large-eddy simulation technique (LES) and discrete element method. Three-dimensional simulations of an aerator are performed on a graphics-processing unit (GPU). The results are in agreement with the experiments and confirm prior findings from physical models such as formation of bubble size, bubble coherence and separation and air concentration profiles. This promising effort in GPU computing could pave the way for developing advanced simulation techniques for the study of waterways and ports, as well as coastal and ocean engineering in the future.

  • Straumfræði opinna farvega eru fræðilega krefjandi og fylgja flóknum eðlisfræðilegum lögmálum. Til að rannsaka slittæringu (e. cavitation) og virkni yfirfalla, eru tíma- og kostnaðarfrek líkön byggð í smáum skala. Froudeskölun er notuð til að bera saman líkanið við raunverulega mannvirkið. Tveggja fasa rennsli, sem samanstendur af lofti og vatni, er algengt í orkuríkum yfirföllum. Loftblöndun og loftdreifing í yfirfallsrennsli sæta kvörðunaráhrifum og er því ekki hægt að yfirfæra frá líkantilraunum. Nákvæm ákvörðun á þróun loftblandaðs rennsli veltur á stærð og dreifingu loftbóla, svifagna, og loftunar við botn yfirfallsins sem hefur svo áhrif á mat á mögulegri slittæringu. Í þessu verkefni eru tilraunir og hermanir gerðar til að skilja flókið rennsli orkuríks yfirfalls. Hermanirnar eru byggðar á tölulegum líkönum, sem eru gerðar með iðu hermunartækni og bútareikningi. Þrívíðar hermanir af loftblöndunarinntaki eru gerðar á grafík-vinnslu einingu (GPU). Niðurstöðurnar passa við tilraunir og staðfesta fyrri niðurstöður líkana með tilliti til loftbólu stærða, loftbólu samloðunar og loftstyrkssniða. Þessar góðu niðurstöður með GPU gefa tilefni til að þróa áfram slíkar aðferðir fyrir farvegi og einnig fyrir strand- og hafverkfræði í framtíðinni.

Styrktaraðili: 
  • Styrktaraðili er á ensku Landsvirkjun
Samþykkt: 
  • 30.9.2013
URI: 
  • http://hdl.handle.net/1946/16696


Skrár
Skráarnafn Stærð AðgangurLýsingSkráartegund 
MS-Thesis-Kevin-final.pdf4.86 MBOpinnHeildartextiPDFSkoða/Opna