ΜΕΛΕΤΗ ΤΥΡΒΩΔΟΥΣ ΡΟΗΣ ΑΝΕΜΟΥ ΣΕ ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ

Σχετικά έγγραφα
Διδακτορική Διατριβή Α : Αριθμητική προσομοίωση της τρισδιάστατης τυρβώδους ροής θραυομένων κυμάτων στην παράκτια ζώνη απόσβεσης

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 1 η & 2 η : ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ

1 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ ΜΕΛΕΤΗ ΣΤΡΩΤΟΥ ΟΡΙΑΚΟΥ ΣΤΡΩΜΑΤΟΣ ΕΠΑΝΩ ΑΠΟ ΑΚΙΝΗΤΗ ΟΡΙΖΟΝΤΙΑ ΕΠΙΠΕΔΗ ΕΠΙΦΑΝΕΙΑ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΠΛΗΜΜΥΡΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ VOF COMPUTATIONAL ANALYSIS IN FLOODING WAVES USING VOF MODEL

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΑΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΣΤΡΟΒΙΛΟΜΗΧΑΝΩΝ

ΣΧΟ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ Τομέας Ρευστών Εργαστήριο Θερμικών Στροβιλομηχανών

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΟ ΜΟΝΤΕΛΟ ΕΠΙΚΑΘΙΣHΣ ΣΤΑΓΟΝΙΔΙΩΝ ΚΑΙ ΑΠΕΛΕΥΘΕΡΩΣΗΣ ΦΑΡΜΑΚΟΥ ΣΤΗΝ ΡΙΝΙΚΗ ΚΟΙΛΟΤΗΤΑ

Εργαστήριο Τεχνολογίας Χημικών Εγκαταστάσεων. Τμήμα Χημικών Μηχανικών, ΑΠΘ, Τ.Θ. 455, 54124, Θεσσαλονίκη, Ελλάδα.

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ 3D ΡΟΗΣ ΣΕ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΟ ΚΛΕΙΣΤΟ ΑΓΩΓΟ EXPERIMENTAL AND 3D COMPUTATIONAL FLOW ANALYSIS IN Α LABORATORY PIPE

ΠΣΤΥΙΑΚΗ ΔΡΓΑΙΑ. Μειέηε Υξόλνπ Απνζηείξσζεο Κνλζέξβαο κε Τπνινγηζηηθή Ρεπζηνδπλακηθή. Αζαλαζηάδνπ Βαξβάξα

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών. Εργασία 1 η : Πτώση πίεσης σε αγωγό κυκλικής διατομής

ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟΥ ΠΑΤΡΩΝ ΤΜΗΜΑ ΜΗΧΑΝΟΛΟΓΩΝ ΚΑΙ ΑΕΡΟΝΑΥΠΗΓΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ ΚΑΙ ΕΦΑΡΜΟΓΩΝ ΑΥΤΗΣ

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ. Πτώση πίεσης σε αγωγό σταθερής διατομής 2η εργαστηριακή άσκηση. Βλιώρα Ευαγγελία

v = 1 ρ. (2) website:

ΟΡΙΑΚΟ ΣΤΡΩΜΑ: ΒΑΣΙΚΕΣ ΕΝΝΟΙΕΣ ΚΑΙ ΘΕΩΡΗΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ. Σημειώσεις. Επιμέλεια: Άγγελος Θ. Παπαϊωάννου, Ομοτ. Καθηγητής ΕΜΠ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΕ ΤΗ ΜΕΘΟΔΟ ΤΩΝ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ

I.2. ΜΕΤΡΗΣΕΙΣ ΣΤΗΝ ΑΕΡΟΣΗΡΑΓΚΑ. I.2.a Εισαγωγή

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών

ΤΡΙΣΔΙΑΣΤΑΤΗ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΥΠΕΡΚΡΙΣΙΜΗΣ ΡΟΗΣ ΣΕ ΑΝΟΙΧΤΟ ΑΓΩΓΟ ΜΕ ΠΛΕΥΡΙΚΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΡΑΧΥΤΗΤΑΣ

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΘΑΛΑΣΣΙΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

Εργαστήριο Μηχανικής Ρευστών. Εργασία 2 η Κατανομή πίεσης σε συγκλίνοντα αποκλίνοντα αγωγό.

ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ ΤΗΣ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗΣ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΣΤΗΝ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΜΕΓΑΛΩΝ ΑΤΥΧΗΜΑΤΩΝ

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΥΡΒΩΔΟΥΣ ΡΟΗΣ ΣΕ ΔΕΞΑΜΕΝΗ ΑΝΤΛΗΣΗΣ ΘΑΛΑΣΣΙΟΥ ΥΔΑΤΟΣ ΨΥΞΗΣ

Θυρόφραγµα υπό Γωνία

Υδροδυναμική. Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση: Στρωτή και τυρβώδης ροή Γραμμικές απώλειες

«Αριθμητική και πειραματική μελέτη της διεπιφάνειας χάλυβασκυροδέματος στις σύμμικτες πλάκες με χαλυβδόφυλλο μορφής»

Αιολικά πάρκα Επιδράσεις Ομόρρου

website:

Μελέτη προβλημάτων ΠΗΙ λόγω του συστήματος γείωσης

προβλήµατα ανάλυσης ροής

ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΙΝΗΣΗΣ (Equations of Motion)

Απώλειες φορτίου Συντελεστής τριβής Ο αριθμός Reynolds Το διάγραμμα Moody Εφαρμογές

Υπολογισμός Παροχής Μάζας σε Αγωγό Τετραγωνικής Διατομής

Εξισώσεις Κίνησης (Equations of Motion)

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΚΑΙ ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΔΗΜΙΟΥΡΓΙΑΣ ΦΥΣΑΛΙΔΩΝ ΑΠΟ μ-σωληνα ΣΕ ΜΗ ΝΕΥΤΩΝΙΚΟ ΡΕΥΣΤΟ

Τα στάδια της υπολογιστικής προσομοίωσης επεξήγονται αναλυτικά παρακάτω

θέμα, βασικές έννοιες, ομοιόμορφη Δρ Μ. Σπηλιώτη Λέκτορα Κείμενα από Μπέλλος, 2008 και από τις σημειώσεις Χρυσάνθου, 2014

κατά το χειµερινό εξάµηνο του ακαδηµαϊκού έτους ΕΜ-351 του Τµήµατος Εφαρµοσµένων Μαθηµατικών της Σχολής Θετικών

ΥΔΡΑΥΛΙΚΕΣ ΑΠΩΛΕΙΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗΝ ΡΟΗ ΝΕΡΟΥ ΣΕ ΚΛΕΙΣΤΟ ΑΓΩΓΟ

ΔΗΜΟΚΡΙΤΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΡΑΚΗΣ ΠΟΛΥΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΞΑΝΘΗ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ

Ρευστομηχανική. Γεώργιος Γκαϊντατζής Επίκουρος Καθηγητής. Τμήμα Μηχανικών Παραγωγής & Διοίκησης Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης

Υπόγεια ροή. Παρουσίαση 1 από 4: Κατεύθυνση κίνησης υπόγειου νερού. Περιεχόμενα

ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ. Αγωγός Venturi 1η εργαστηριακή άσκηση. Βλιώρα Ευαγγελία

ΕΛΛΗΝΙΚΗ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗ ΠΛΑΤΦΟΡΜΑ ΒΙΟΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΑΣΦΑΛΕΙΑΣ Η ΝΕΑ Ο ΗΓΙΑ SEVESO ΙΙΙ

Ορμή και Δυνάμεις. Θεώρημα Ώθησης Ορμής

Μοντέλα Boussinesq. Σειρά V 2

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΕΣ ΑΣΚΗΣΕΙΣ 7-9

ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΙΚΗΣ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ ΜΑΘΗΜΑ: ΜΗΧΑΝΙΚΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 11 ΣΤΡΟΒΙΛΟΚΙΝΗΤΗΡΩΝ

Υποστηρικτικό υλικό για την εργασία «Πειραματική διάταξη για τη μελέτη της ροής ρευστού σε σωλήνα» του Σπύρου Χόρτη.

A3. Το δοχείο του σχήματος 1 είναι γεμάτο με υγρό και κλείνεται με έμβολο Ε στο οποίο ασκείται δύναμη F.

Ρευστoμηχανική Εισαγωγικές έννοιες. Διδάσκων: Άλκης Παϊπέτης Αναπληρωτής Καθηγητής Τμήμα Μηχανικών Επιστήμης Υλικών

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΓΕΩΤΕΧΝΙΚΗ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

ΦΥΣΙΚΗ ΠΡΟΣΑΝΑΤΟΛΙΣΜΟΥ Σελίδα 1 από 6

Υπόγεια Υδραυλική και Υδρολογία

ΑΓΩΓΟΣ VENTURI. Σχήμα 1. Διάταξη πειραματικής συσκευής σωλήνα Venturi.

ΑΓΩΓΟΣ VENTURI. Σχήμα 1. Διάταξη πειραματικής συσκευής σωλήνα Venturi.

Ροη αέρα σε Επίπεδη Πλάκα

ΑΕΡΟΔΥΝΑΜΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΠΤΕΡΥΓΩΝ ΧΡΗΣΙΜΟΠΟΙΩΝΤΑΣ ΚΩΔΙΚΑ CFD ΚΑΙ ΠΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΜΕ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

Διασπορά ατμοσφαιρικών ρύπων

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ ΤΜΗΜΑ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΥΔΡΑΥΛΙΚΗΣ ΚΑΙ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗΣ ΤΕΧΝΙΚΗΣ. Διάλεξη 2: Περιγραφή αριθμητικών μεθόδων

ΥΔΡΑΥΛΙΚΗ ΑΝΟΙΚΤΩΝ ΑΓΩΓΩΝ

5 Μετρητές παροχής. 5.1Εισαγωγή

Διατήρηση της Ύλης - Εξίσωση Συνέχειας

2 ΚΑΤΑΝΟΜΕΣ ΤΑΧΥΤΗΤΑΣ ΡΟΗΣ ΚΟΝΤΑ ΣΕ ΣΤΕΡΕΟ ΟΡΙΟ Γενικά Εξισώσεις τυρβώδους ροής-τυρβώδεις τάσεις Κατανοµή στρωτών και τυρβωδών

ΕΘΝΙΚΟ!ΜΕΤΣΟΒΙΟ!ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ! ΣΧΟΛΗ!ΧΗΜΙΚΩΝ!ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ!!

Διαφορική ανάλυση ροής

website:

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ: ΑΕΡΟΤΟΜΗ

Ηλεκτρομαγνητισμός. Ηλεκτρικό πεδίο νόμος Gauss. Νίκος Ν. Αρπατζάνης

Κινηματική ρευστών. Ροή ρευστού = η κίνηση του ρευστού, μέσα στο περιβάλλον του

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΙΑΣ

8 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ

ΑΣΚΗΣΗ ΤΜΘΕ ΕΡΓ : Χρήση θερμοανεμομετρίας για μέτρηση ταχύτητας σε τυρβώδη ροή και στο απόρευμα κυκλικού κυλίνδρου.

Εργαστηριακή άσκηση: Σωλήνας Venturi

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΜΟΝΤΕΛΑ ΠΡΟΓΝΩΣΗΣ ΚΑΙΡΟΥ. Κ. Λαγουβάρδος

6 Εξαναγκασμένη ροή αέρα

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ

ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΗ ΚΑΙ ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΗΣ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΜΑΖΑΣ ΣΕ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΜΕΜΒΡΑΝΩΝ ΣΠΕΙΡΟΕΙ ΟΥΣ ΜΟΡΦΗΣ: Η ΕΠΙ ΡΑΣΗ ΤΗΣ ΓΕΩΜΕΤΡΙΑΣ ΚΑΙ ΤΟΥ ΑΡΙΘΜΟΥ Sc.

υδροδυναμική Σταθερή ασυμπίεστη ροή σε αγωγούς υπό πίεση

4 η ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ ΜΕΤΑΔΟΣΗ ΘΕΡΜΟΤΗΤΑΣ ΜΕ ΣΥΝΑΓΩΓΙΜΟΤΗΤΑ Α. ΘΕΩΡΗΤΙΚΟ ΜΕΡΟΣ

ΥΠΟΛΟΓΙΣΤΙΚΕΣ ΜΕΘΟΔΟΙ ΣΕ ΠΟΛΥΦΑΣΙΚΑ, ΠΟΛΥΣΥΣΤΑΤΙΚΑ & ΑΝΤΙΔΡΩΝΤΑ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ

ΕΝΟΤΗΤΑ ΕΡΓΑΣΙΑΣ (Ε.Ε.) 5

ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΗ ΡΕΥΣΤΟΜΗΧΑΝΙΚΗ

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

Υ ΡΑΥΛΙΚΗ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΟΣ

ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΑΚΗ ΑΣΚΗΣΗ 3

Υπόγεια Υδραυλική και Υδρολογία

ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΤΩΝ ΡΕΥΣΤΩΝ- ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ NAVIER STOKES

ΔΥΝΑΜΕΙΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΗ ΡΕΥΣΤΩΝ

2g z z f k k z z f k k z z V D 2g 2g 2g D 2g f L ka D

Διαγώνισμα Φυσικής Γ Λυκείου 5/3/2017

Διδακτορική Διατριβή Β : Τρισδιάστατη Αριθμητική Προσομοίωση της Υδροδυναμικής Κυκλοφορίας του Πατραϊκού Κόλπου

Μελέτη προβλημάτων ΠΗΙ λόγω λειτουργίας βοηθητικών προωστήριων μηχανισμών

ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗ ΔΙΑΤΑΞΗΣ ΣΤΟ ΕΣΩΤΕΡΙΚΟ ΟΛΟΚΛΗΡΩΜΕΝΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΕΠΙΠΕΔΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΛΛΕΚΤΗ ΑΠΟΘΗΚΗΣ (I.C.S) ΜΕ ΕΞΑΝΑΓΚΑΣΜΕΝΗ ΑΝΑΚΥΚΛΟΦΟΡΙΑ

ΕΘΝΙΚΟ!ΜΕΤΣΟΒΙΟ!ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ! ΣΧΟΛΗ!ΧΗΜΙΚΩΝ!ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ!!

Σχήμα 1. Σκαρίφημα υδραγωγείου. Λύση 1. Εφαρμόζουμε τη μέθοδο που περιγράφεται στο Κεφάλαιο του βιβλίου, σελ. 95)

ΠΑΡΑΡΤΗΜΑ ΓΡΑΦΙΚΕΣ ΠΑΡΑΣΤΑΣΕΙΣ.

ΤΟΜΕΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ

Επισκόπηση ητου θέματος και σχόλια. Δρ Μ. Σπηλιώτη Λέκτορα Κείμενα από Μπέλλος, 2008 και από τις σημειώσεις Χρυσάνθου, 2014

Transcript:

ΜΕΛΕΤΗ ΤΥΡΒΩΔΟΥΣ ΡΟΗΣ ΑΝΕΜΟΥ ΣΕ ΦΥΣΙΚΗ ΤΟΠΟΓΡΑΦΙΑ Αιμίλιος. Δ. Δούνιας 1, Δημήτριος. Κ. Φυτανίδης 2, Ιωάννης. Β. Σούλης 3 1 Διπλ. Πολιτικού Μηχ., ΔΠΘ, ΜΔΕ Υδρ. Μηχ. ΔΠΘ, Εργαστήριο Υδραυλικής, Τμήμα Πολιτικών Μηχ. 67100, Ξάνθη, edounias@gmail.com 2Διπλ. Πολιτικού Μηχ., ΔΠΘ, ΜΔΕ Υδρ. Μηχ., ΜΔΕ Περ. Μηχ., ΔΠΘ, Εργαστήριο Υδραυλικής, Τμήμα Πολιτικών Μηχ. 67100, Ξάνθη, dfytanid@civil.duth.gr 3 Καθηγητού ΔΠΘ, Τμήμα Πολιτικών Μηχ., 67100, Ξάνθη, soulis@civil.duth.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Η παρούσα εργασία αποτελεί εφαρμογή της Υπολογιστικής Μηχανικής των Ρευστών στην μελέτη της ροής αέρα πάνω από λόφο εργαστηριακής κλίμακας καθώς και πάνω από γεωμετρία πραγματικής τοπογραφίας. Πιο συγκεκριμένα αναπαρήχθησαν υπολογιστικά, τα προγενέστερα πειραματικά αποτελέσματα εργαστηριακής κλίμακας των Kim et al. (2009). Στην εν λόγω εφαρμογή πραγματοποιήθηκε παραμετρική ανάλυση με χρήση συγκεκριμένων μοντέλων τύρβης, ενώ για την προσομοίωση της τυρβώδους ροής αέρα, χρησιμοποιήθηκε η προσέγγιση Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS), και οι μέθοδοι επίλυσης που εμπεριέχονται στον εμπορικό επιλυτή ANSYS Fluent v.14. Στην συνέχεια, πραγματοποιήθηκε μελέτη εφαρμογής σε λόφο της περιοχής του Δ. Χέρσου (Ν. Κιλκίς, Κεντ. Μακεδονία) στον οποίο υπήρχαν προγενέστερες μετρήσεις ανεμολογικών δεδομένων. Για την τοπογραφία της περιοχής, χρησιμοποιήθηκαν δεδομένα από τον δικτυακό τόπο Google Earth για λόγους ταχύτητας και οικονομίας. Το ψηφιακό υπόβαθρο, δέχθηκε επεξεργασία με χρήση του προγράμματος AutoCAD Civil 3D v.2012 και στην συνέχεια, εισήχθη στα προγράμματα τροποποίησης γεωμετρίας και πλεγματοποίησης του εμπορικού πακέτου ANSYS Workbench v. 14. Τέλος, παρουσιάζονται αποτελέσματα των κατατομών ταχύτητας σε χαρακτηριστικά σημεία της τοπογραφίας. Λέξεις Κλειδιά: Τυρβώδης Ροή, Αιολικό Δυναμικό, Φυσική Τοπογραφία, Μοντελοποίηση Τύρβης.

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ Η κατανόηση της ροής ανέμου πάνω από τοπογραφία αποτελεί σημαντική παράμετρο για την μελέτη διαφόρων εφαρμογών όπως είναι η ανάλυση διάθεσης αέριων ρύπων, η μετεωρολογία, ο υπολογισμός δυναμικών και στατικών φορτίσεων ανεμοπίεσης σε κατασκευές και εν γένει έργα πολιτικού μηχανικού, η χωροθέτηση ανεμογεννητριών σε αιολικά πάρκα κ.ά. Η ενεργειακή εκμετάλλευση της ροής του ανέμου γίνεται κυρίως με χρήση ανεμογεννητριών, οι οποίες είναι στροβιλομηχανές που μετατρέπουν την κινητική ενέργεια του ανέμου σε μηχανική και μετέπειτα σε ηλεκτρική, παρέχοντας έτσι ανεξάντλητη και φιλική για το περιβάλλον ενέργεια για την κάλυψη των ανθρώπινων αναγκών. Ένα αιολικό πάρκο αποτελείται από μια ομάδα ανεμογεννητριών στην ίδια θέση, που χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικού ρεύματος. Η υπολογιστική ανάλυση της ροής του ανέμου σε περιοχές εγκατάστασης αιολικών πάρκων θα μπορούσε να αποτελέσει πολύτιμο εργαλείο ανάλυσης, και σε συνδυασμό με μετρήσεις πεδίου θα μπορούσε να αποτελέσει πολύτιμο εργαλείο για την βελτιστοποίηση του σχεδιασμού τέτοιων συστημάτων. Η λεπτομερής ανάλυση της συμπεριφοράς του ανέμου συνεπάγεται σημαντικές προκλήσεις μοντελοποίησης λόγω της αλληλεπίδρασης του ανέμου με τα χαρακτηριστικά του εδάφους, όπως η τραχύτητα του και οι έντονες διακυμάνσεις της γεωμετρίας του εδάφους. Λόγω της κρισιμότητας του φαινομένου της ροής αέρα πάνω από περίπλοκη τοπογραφία, πλήθος ερευνητών έχουν μελετήσει στο παρελθόν το εν λόγω φαινόμενο, πειραματικά σε εργαστηριακή κλίμακα και με μετρήσεις πεδίου, αναλυτικά αλλά και υπολογιστικά. Ενδεικτικά, όσον αφορά σε μετρήσεις αναφέρονται οι πειραματικές μελέτες των Ishihara et al. (1999) και Kim et al. (1997) οι οποίοι προσδιόρισαν τις κατανομές ταχύτητας αέρα πάνω από πειραματικά ομοιώματα λόφων και με χρήση αεροσυράγγων, οι εκτεταμένες μετρήσεις πεδίου που έχουν πραγματοποιηθεί στον λόφο Askervein (Σκοτία, Ηνωμένο Βασίλειο) από τους Τaylor and Teunissen (1987) καθώς και οι προγενέστερες εργασίες των Bergeles (1985), Ferreira et al. (1995), Lun et al. (2003). Εκτεταμένη ανασκόπηση των υπολογιστικών εφαρμογών της βιβλιογραφίας είναι διαθέσιμο από του Bitsuamlak et al. (2004) Στην παρούσα εργασία αναλύονται υπολογιστικά οι μετρήσεις από την προγενέστερη πειραματική μελέτη των Kim et al. (1997) σχετικά με τον προσδιορισμό των κατανομών ταχύτητας χρήση τεχνικών Υπολογιστικής Μηχανικής Ρευστών (Computational Fluid Dynamics, CFD). Στην συνέχεια, πραγματοποιείται προσδιορισμός της κατανομής της ταχύτητας αέρα για μια μελέτη εφαρμογής σε φυσική τοπογραφία στην περιοχή του Δ. Χέρσου (Ν. Κιλκίς, Κεντ. Μακεδονία). Στις παραπάνω εφαρμογές παρουσιάζονται αποτελέσματα των προφίλ ταχύτητας καθ' ύψος σε διάφορες χαρακτηριστικές θέσεις των προσομοιωμάτων. 2. ΜΕΘΟΔΟΛΟΓΙΑ 2.1 Πειραματικά δεδομένα και υπολογιστική αναπαραγωγή πειράματος Αναλύονται υπολογιστικά προγενέστερες μετρήσεις από την πειραματική μελέτη σχετικά με την ροή του ανέμου επάνω από πειραματικό ομοίωμα απότομου λόφου (steep hill) με χρήση τεχνικών Υπολογιστικής Μηχανικής Ρευστών. Στην εργασία του Kim et al. (1997) όπου περιγράφεται η πειραματική διαδικασία έχουν μετρηθεί και αποτυπωθεί οι κατανομές ταχύτητας σε διάφορες θέσεις ανάντη και κατάντη ενός απότομου λόφου εντός της αεροσύραγγας. Η αεροσύραγγα είχε πλάτος 1.20 m, ύψος 1.20m και μήκος 6.00m και στο μέσο της είχε τοποθετηθεί ομοίωμα λόφου από ινοπλισμένο πλαστικό (fiber reinforced plastic), ενώ το σχήμα του λόφου προέκυψε από την εξίσωση z= H2 1+ cos( ( π 2)( xl1) ), με Η=0.07 m το ύψος του λόφου, L 1 το μήκος του ενός τετάρτου της βάσης του λόφου και κλίση s=0.3 η μέση κλίση

του λόφου υπολογιζόμενη με τον τύπο s H ( 2L ) =. Στο Σχήμα 1 φαίνεται το σκαρίφημα του λόφου ο οποίος εξετάσθηκε στην εν λόγω εργασία, καθώς και των γεωμετρικών χαρακτηριστικών H, L 1 και s. Ο προσδιορισμός της ταχύτητας του αέρα στα σημεία ενδιαφέροντος έγινε από τους Kim et al. (1997) χρησιμοποιώντας σωλήνες pitot (pitot-tubes) και χ-type hot-wire anemometer τεχνικές. Η αναπαραγωγή του πειράματος έγινε με την κατασκευή του πεδίου ροής με διαστάσεις αντίστοιχες της παραπάνω αεροσύραγγας (πλάτος 1.20m, μήκος 6.00m και ύψος 1.20m) με το ομοίωμα του λόφου να βρίσκεται στην μέση. Η υπολογιστική διαδικασία πραγματοποιήθηκε με μεθόδους Υπολογιστικής Μηχανικής Ρευστών μέσω της χρήσης της πλατφόρμας ANSYS Workbench v.14. Η κατασκευή του υπολογιστικού πλέγματος έγινε με το πρόγραμμα ANSYS Meshing και η επίλυση με το επιλυτή πεπερασμένων όγκων (finite volumes) ANSYS Fluent 14.0. Για την οριακή συνθήκη ταχύτητας στην είσοδο του πεδίου ροής χρησιμοποιήθηκε ένα εκθετικό προφίλ UU ( ) n o = zzo, όπου U o ξ η ταχύτητα αναφοράς ίση με 7.0 m/s με σταθερά εκθέτη n ίσο με 1 (Kim et al. 1997), τέτοιο ώστε να συμφωνεί με τις αντίστοιχες πειραματικές μετρήσεις των Kim et 7 al. (1997) (ιδέ Σχήμα 2.). Για τον προσδιορισμό των αντίστοιχων τυρβωδών ποσοτήτων (τυρβώδης κινητική ενέργεια k και ρυθμός καταστροφής τυρβώδους κινητικής ενέργειας ε) χρησιμοποιήθηκαν οι παρακάτω αναλυτικοί τύποι: ( ) k z 2 u * C µ 1 = (1) ε ( z) = κ u 3 * ( z+ z ) o (2) όπου u * είναι η διατμητική ταχύτητα ίση με 0.33 m/s, κ είναι η σταθερά von Karman ίση με 0.41, z o είναι η τραχύτητα ίση με 0.05 mm και C μ είναι σταθερά η οποία λαμβάνει την τιμή 0.09. Στο Σχήμα 2 παρουσιάζεται η κατανομή της ταχύτητας του αέρα στην είσοδο, σε σύγκριση με μετρήσεις των Kim et al. Σχήμα 1. Σκαρίφημα γεωμετρίας πειραματική διάταξης των Kim et al. (1997) που χρησιμοποιήθηκε (άνευ κλίμακας σχέδιο)

500 400 Exper. by Ki et al. (1997) Velocity Profile Height [mm] 300 200 100 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 U/Uo Σχήμα 2. Κατανομή ταχύτητας αέρα στην είσοδο παρούσας εργασίας σε σχέση με τα πειραματικά αποτελέσματα των Kim et al. (1997) 2.2 Πραγματική τοπογραφία Μετά την προσομοίωση των προγενέστερων πειραματικών αποτελεσμάτων των Kim et al. (1997), επιλέχθηκε πραγματική τοπογραφία για μια μελέτη εφαρμογής στην περιοχή που βρίσκεται στον Δήμο Χέρσου, βορειοδυτικά της πόλης του Κιλκίς για την οποία υπήρχαν καταγεγραμμένες μετρήσεις των ανεμολογικών δεδομένων ώστε να γίνει δυνατό να εντοπιστούν οι διαφοροποιήσεις των αποτελεσμάτων. Η κατασκευή της γεωμετρίας έγινε μέσω της βάσης δεδομένων που διατίθεται ελεύθερα από την εταιρία Google μέσω του προγράμματος Google Earth, για λόγους ταχύτητας και οικονομίας. Η επεξεργασία της τρισδιάστατης τοπογραφίας πραγματοποιήθηκε με τα προγράμματα ΑutoCAD Civil 3D και ΑutoCAD 2012 της εταιρείας Autodesk. Η υπολογιστική διαδικασία πραγματοποιήθηκε με μεθόδους Υπολογιστικής Μηχανικής Ρευστών μέσω της χρήσης της πλατφόρμας ANSYS Workbench v.14. Για την κατασκευή του δικτύου χρησιμοποιήθηκαν εξάεδρα τα οποία πυκνώνονταν κοντά στην τοπογραφία. Ιδιαίτερη προσοχή δόθηκε στην απόσταση του πρώτου κελιού από το έδαφος προκειμένου το y + να λάβει αποδεκτές τιμές, κατά περίπτωση y + 1.0 και y + =30-100. Η Σχηματική αναπαράσταση της ως άνω μεθοδολογίας φαίνεται στο Σχήμα 3, ενώ η γεωμετρία της υπό εξέταση περιοχής φαίνεται στο Σχήμα 4. Η εν λόγω περιοχή ορίζεται από μια κάτοψη 1.0 km 1.0 km. Το υπολογιστικό πεδίο έχει από ύψος 300 m ενώ η μέγιστη διαφοροποίηση καθ' ύψος στην υπό εξέταση τοπογραφία 110 m. Στην εργασία χρησιμοποιήθηκαν τα ανεμολογικά στοιχεία που έχουν καταγραφεί από τα εγκατεστημένα ανεμόμετρα της περιοχής μελέτης. Οι καταγραφές αφορούν μετρήσεις ανά δέκα λεπτών της ώρας, για ολόκληρο το εικοσιτετράωρο, για το έτος 2008. Ο μεγάλος όγκος των δεδομένων καθιστά απαραίτητη την ψηφιακή τους επεξεργασία με ειδικό λογισμικό ώστε να προκύψει μια πιο ευκρινής εικόνα του αιολικού δυναμικού της περιοχής. Στην παρούσα εργασία, χρησιμοποιήθηκε η εφαρμογή WindRose, που αναπτύχθηκε από το Κέντρο Ανανεώσιμων Πηγών Ενέργειας (www.cres.gr). Σκοπός της χρήσης του συγκεκριμένου λογισμικού είναι η αρχική επεξεργασία των ανεμολογικών δεδομένων, ώστε να προκύψουν τα δεδομένα των αρχικών συνθηκών, στον επιλυτή ροής που θα χρησιμοποιηθεί.

Κατά την ανάλυση των ανεμολογικών δεδομένων της περιοχής μελέτης με το πρόγραμμα WindRose, παρατηρήθηκε πως μέση ταχύτητα του ανέμου, ήταν 4.70 m/sec και η πρώτη κύρια διεύθυνση του ανέμου ως προς την ενέργεια είναι η ΒΔ με ποσοστό 63.81 % (Γωνία 309.37 ο δεξιόστροφα από τον Βορρά), η δε ένταση τύρβης έλαβε την τιμή 12.0%. Google Earth Εντοπισμός περιοχής μελέτης AutoCAD Civil 3D και AutoCAD 2012 Αποθήκευση/ Επεξεργασία τρισδιάστατης γεωμετρίας Εξαγωγή τελικής γεωμετρίας ANSYS Workbench v.14 Κατασκευή υπολογιστικού πλέγματος Επίλυση εξισώσεων ροής Σχήμα 3. Σχηματική περιγραφή της ροής εργασιών για την μελέτη των μοντέλων τύρβης σε λοφοσειρά. Σχήμα 4. Υπό εξέταση περιοχή μελέτης Δήμου Χέρσου (Ν. Κικλίς, Μακεδονία) και υπολογιστική γεωμετρία και σχετικό υψόμετρο περιοχής 3. ΕΞΙΣΩΣΕΙΣ ΚΑΙ ΠΑΡΑΔΟΧΕΣ Η ροή του αέρα προσομοιώθηκε με χρήση υπολογιστικών τεχνικών. Οι αλγόριθμοι επίλυσης που χρησιμοποιήθηκαν εμπεριέχονται στον εμπορικό επιλυτή πεπερασμένων όγκων ANSYS Fluent 14.0. Για την μοντελοποίηση της τυρβώδους ροής χρησιμοποιήθηκαν οι Reynolds Averaged Navier Stokes (RANS) εξισώσεις οι οποίες στην γενικότητα τους εκφράζονται ως:

( ρu ) ρ + i = 0 t x i ( ρ ) ( ρuu ) ' ' ( uu ) u i i j p u u i j 2 u i + = + µ + δ + ρ + ρg t xj xi xj xj xi 3 x i xj ij i j i (3) (4) όπου ρ είναι η πυκνότητα, u i είναι η μέση ταχύτητα, p είναι η μέση στατική πίεση, μ το ιξώδες του ρευστού, δ είναι το δ του Kronecker, ij gi είναι η προβολή του διανύσματος της επιτάχυνσης της ' ' βαρύτητας στον άξονα i και ρuu είναι οι τάσεις Reynolds. Για τον αέρα, η πυκνότητα τέθηκε i j ίση με 1.225 kg/m 3 ενώ το δυναμικό ιξώδες 1.7894 10-5 kg/m-s. Η προσομοίωση της τύρβης πραγματοποιήθηκε με χρήση διαφόρων μοντέλων τύρβης προκειμένου να πραγματοποιηθεί το κλείσιμο των Εξισώσεων 3 και 4 δηλαδή να προκύψει ο ίδιος αριθμός εξισώσεων και αγνώστων μέσω του προσδιορισμού των τάσεων Reynolds. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν τα μοντέλα: Spalart-Allmaras, Standard k-ε, Standard k-ω, RNG k- ε, Realizable k-ε, Reynolds Stress (7 εξισώσεων) και το υ 2 -f (4 εξισώσεων). Οι εξισώσεις των παραπάνω μοντέλων δεν παρουσιάζονται στην παρούσα εργασία για λόγους οικονομίας χώρου, είναι όμως διαθέσιμες στον οδηγό θεωρητικού υποβάθρου του επιλυτή (ANSYS, 2012). Για την ζεύξη πίεσης και ταχύτητας χρησιμοποιήθηκε ο αλγόριθμος SIMPLE (Patankar 1980) ενώ για την χωρική διακριτοποίηση των υπολογισμών χρησιμοποιήθηκε το «δευτέρας τάξης ακρίβειας σχήμα» για τις εξισώσεις ορμής, και το «πρώτης τάξης ακρίβειας σχήμα» για όλες τις υπόλοιπες εξισώσεις που επιλέχθηκαν. Για τον υπολογισμό των κλίσεων χρησιμοποιήθηκε η μέθοδος «Green- Gauss Cell Based», (ANSYS Fluent 2012). Οι παραπάνω εξισώσεις επιλύθηκαν με την παραδοχή ότι η ροή είναι τρισδιάστατη, τυρβώδης, ισόθερμη και ασυμπίεστη ενώ η επίδραση λοιπών εξωτερικών δυνάμεων (π.χ. επίδραση δυνάμεως Coriolis) θεωρήθηκε αμελητέα. Οι οριακές συνθήκες που χρησιμοποιήθηκαν είναι οι εξής: για το κάτω όριο των γεωμετριών της φυσικής τοπογραφίας αλλά και της υπό εξέτασης πειραματικής διάταξης χρησιμοποιήθηκε η συνθήκη μη-ολίσθησης (no-slip condition), για τα πλευρικά και τα άνω όρια επιλέχθησαν συνθήκες συμμετρίας (symmetry condition) σύμφωνα με την εφαρμοσμένη πρακτική σε τέτοιου είδους προσομοιώματα (Stagroom, 2004), ενώ τέλος για την είσοδο όσο αφορά στην ταχύτητα χρησιμοποιήθηκε μια εκθετική κατανομή (velocity inlet) ενώ για τα τυρβώδη μεγέθη χρησιμοποιήθηκαν οι Εξισώσεις 1 και 2. 4. ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΑ ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ Στο Σχήμα 5 φαίνονται ενδεικτικά αποτελέσματα των διανυσμάτων ταχύτητας της ροής αέρα του μοντέλου τύρβης κ-ε πάνω από την πειραματική διάταξη των Kim et al. (1997) που περιγράφηκε αναλυτικά στην παράγραφο 2. Χαρακτηριστική είναι η ύπαρξη περιοχής στην κορυφή του λόφου (x=0 m), η οποία σημαίνεται με διακεκομμένο πλαίσιο στο Σχήμα 5, στο οποίο παρατηρείται αύξηση της ταχύτητας (επιτάχυνση), της τάξεως των 1.2 U o, όπου U o είναι η χαρακτηριστική ταχύτητα στην είσοδο. Για την αδιαστατοποίηση χρησιμοποιούνται οι σχέσεις: α) U= uuo για την ταχύτητα (όπου u κατά περίπτωση τίθεται η εκάστοτε συνιστώσα της ταχύτητας σε m/sec και U o η ταχύτητα αναφοράς), β) X= xl1 για την αδιάστατη οριζόντια απόσταση και γ) Y= zh o για το αδιάστατο ύψος.

Σχήμα 5: Ενδεικτικά υπολογιστικά αποτελέσματα διεύθυνσης διανυσμάτων. Σε πλαίσιο η χαρακτηριστική περιοχή αυξημένης ταχύτητας στην κορυφή του λόφου Στα Σχήματα 6 α,β,γ,δ,ε,ζ και η παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των υπολογισμών των κατανομών των οριζόντιων συνιστωσών της ταχύτητας σε αδιαστατοποιημένη μορφή ( U = Ux / Uo) για τις θέσεις Χ ίσες με -2.0, 0.0, 1, 2, και 3 για όλα τα υπό εξέταση μοντέλα τύρβης. Το μέσο σφάλμα σε σχέση με τα πειραματικά δεδομένα, για τα αντίστοιχα μοντέλα τύρβης είναι: 0.037 U o για το Spalart- Allmaras 0.075 U o για το Standard k-ε, 0.048 U o για το RNG k-ε, 0.057 U o για το Realizable k-ε. 0.055 U o για το Standard k-ω, 0.033 U o για το Reynolds Stress, 0.032 U o το υ 2 -f. Οι αντίστοιχες μέγιστες τιμές σφάλματος για τα παραπάνω εξεταζόμενα μοντέλα είναι 0.198 U o για το Spalart- Allmaras, 0.349 U o για το Standard k-ε, 0.365 U o για το RNG k-ε, 0.348 U o για το Realizable k-ε. 0.349 U o για το Standard k-ω, 0.397 U o για το Reynolds Stress, 0.407 U o το υ 2 -f. Τα εν λόγω μέγιστα σφάλματα παρουσιάζονται κοντά στην περιοχή του τοιχώματος Στο Σχήμα 7 δείχνει ενδεικτικά τα αποτελέσματα των κατανομών των οριζόντιων στην κορυφή του λόφου σε σύγκριση με τα πειραματικά αποτελέσματα των Kim et al (1997). Παρατηρείται ότι η αύξηση της ταχύτητας στο εν λόγω σημείο είναι της τάξης του ~1.2 U o. Την τοπική αυτή αύξηση της ταχύτητας προβλέπουν με σχετική ακρίβεια τα μοντέλα Standard k-ε, RNG k-ε, Realizable k-ε, Standard k-ω, και το υ 2 -f ενώ αντίθετα τα μοντέλα Reynolds Stress και Spalart-Allmaras υποεκτιμούν την τιμή αυτή. Στα Σχήματα 8 α,β,γ,δ,ε,ζ και η παρουσιάζονται τα αποτελέσματα των υπολογισμών των κατανομών των κατακορύφων συνιστωσών της ταχύτητας σε αδιαστατοποιημένη μορφή ( U = Uz / Uo) για τις θέσεις Χ ίσες με -2.0, 0.0, 1, 2, και 3 για όλα τα υπό εξέταση μοντέλα τύρβης. Το μέσο σφάλμα σε σχέση με τα πειραματικά δεδομένα, για τα αντίστοιχα μοντέλα τύρβης είναι: 0.012 U o για το Spalart- Allmaras 0.011 U o για το Standard k-ε, 0.011 U o για το RNG k-ε, 0.016 U o για το Realizable k-ε. 0.019 U o για το Standard k-ω, 0.019 U o για το Reynolds Stress, 0.019 U o το υ 2 -f. Οι αντίστοιχες μέγιστες τιμές σφάλματος για τα παραπάνω εξεταζόμενα μοντέλα είναι 0.065 U o για το Spalart- Allmaras 0.058 U o για το Standard k-ε, 0.054 U o για το RNG k-ε, 0.054 U o για το Realizable k-ε. 0.066 U o για το Standard k-ω, 0.071 U o για το Reynolds Stress, 0.067 U o το υ 2 -f. Παρατηρείται ότι το μοντέλο τύρβης που παρουσιάζει το ελάχιστο μέσο σφάλμα για τον προσδιορισμό της οριζόντιας συνιστώσας της ταχύτητας είναι το μοντέλο υ 2 -f του οποίου το μέγιστο σφάλμα για τον προσδιορισμό της οριζόντιας συνιστώσας είναι ίσο με 0.407 U o. Αντίστοιχα, τα μοντέλα τύρβης που παρουσιάζουν το ελάχιστο μέσο σφάλμα για τον προσδιορισμό της

κατακόρυφης συνιστώσας της ταχύτητας είναι τα μοντέλα Standard και RNG k-ε των οποίων τα μέγιστο σφάλματα για τον προσδιορισμό της κατακόρυφης συνιστώσας είναι 0.058 U o και 0.054 U o αντίστοιχα. α) β) γ) δ)

ε) ζ) η) Σχήμα 6. Αποτελέσματα αδιάστατων υπολογιστικών κατανομών της οριζόντιας συνιστώσας της ταχύτητας και σύγκριση με τα πειραματικά αποτελέσματα των Kim et al. (1997) για το μοντέλo α) Spalart-Allmaras, β) Standard κ-ε, γ) RNG κ-ε, δ) Realizable κ-ε, ε) Standard κ-ω, ζ) RSM και η) u 2 -f Σχήμα 7. Αποτελέσματα αδιάστατων υπολογιστικών κατανομών της οριζόντιας συνιστώσας της ταχύτητας και σύγκριση με τα πειραματικά αποτελέσματα των Kim et al. (1997)

α) β) γ) δ) ε)

ζ) η) Σχήμα 8. Αποτελέσματα αδιάστατων υπολογιστικών κατανομών της κατακόρυφης συνιστώσας της ταχύτητας και σύγκριση με τα πειραματικά αποτελέσματα των Kim et al. (1997) για το μοντέλo α) Spalart-Allmaras, β) Standard κ-ε, γ) RNG κ-ε, δ) Realizable κ-ε, ε) Standard κ-ω, ζ) RSM και η) u 2 -f Στο Σχήμα 9 φαίνονται ενδεικτικά αποτελέσματα διανυσμάτων ταχύτητας σε διάφορες χαρακτηριστικές θέσεις της γεωμετρίας. Χαρακτηριστική για άλλη μια φορά είναι η ύπαρξη περιοχής στην κορυφή του λόφου στο οποίο παρατηρείται αύξηση της ταχύτητας (επιτάχυνση). Στο Σχήμα 10 α και β φαίνονται ενδεικτικά αποτελέσματα του μέτρου της ταχύτητας σε δύο χαρακτηριστικά επίπεδα που τέμνουν το επίπεδο ροής κάθετα και παράλληλα στην διεύθυνση ροής αντίστοιχα για το μοντέλο τύρβης υ 2 -f. Στο Σχήμα 11 φαίνονται τα αποτελέσματα της ταχύτητας σε ένα οριζόντιο επίπεδο που βρίσκεται σε ύψος 10 m από το υψηλότερο σημείο της τοπογραφίας. Τέλος, στο σχήμα 12 φαίνονται ενδεικτικά τα αποτελέσματα των κατανομών της ταχύτητας για προσομοιώσεις με χρήση των μοντέλων Standard k-ε, Standard k-ω, RNG k-ε, Realizable k-ε, Reynolds Stress (7 εξισώσεων) και το υ 2 -f (4 εξισώσεων).

Σχήμα 9. Ενδεικτικά υπολογιστικά αποτελέσματα διανυσμάτων ταχύτητας σε m/s καθώς και σχετικό υψόμετρο τοπογραφίας σε m Σχήμα 10. Αποτελέσματα μέτρου ταχύτητας σε m/s σε επίπεδο α) παράλληλο (ροή από αριστερά προς τα δεξιά) και β) κάθετο στην διεύθυνση ροής

Σχήμα 10. Αποτελέσματα μέτρου ταχύτητας σε m/s (ροή από αριστερά προς τα δεξιά) σε οριζόντιο επίπεδο σε ύψος α) Η=10.0 m από το έδαφος και β) Η=20.0 m από το έδαφος 240 Relative Height [m] 220 200 180 160 140 Standard k-e RNG k-e Realizable k-e Standard k-omega RSM V2-f 120 100 3 4 5 6 7 Velocity Magnitude [m/s] Σχήμα 11. Αποτελέσματα υπολογιστικών κατανομών της οριζόντιας συνιστώσας της ταχύτητας σε m/s στην κορυφή της φυσικής τοπογραφίας (υψόμετρα σχετικά).

5. ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ Στην παρούσα εργασία αναλύονται υπολογιστικά οι μετρήσεις από την προγενέστερη πειραματική μελέτη των Kim et al. (1997) σχετικά με τον προσδιορισμό των κατανομών ταχύτητας χρήση τεχνικών Υπολογιστικής Μηχανικής Ρευστών (Computational Fluid Dynamics, CFD), καθώς και μελέτη εφαρμογής ροής αέρα πάνω από φυσική τοπογραφία. Προέκυψαν τα εξής συμπεράσματα: 1. Η προσομοίωση RANS έδειξε να προβλέπει ικανοποιητικά τις κατανομές των μετρήσεων για όλα τα μοντέλα τύρβης που χρησιμοποιήθηκαν. Το μέσο σφάλμα του προσδιορισμού της παράλληλης στην ροή συνιστώσας της ταχύτητας είναι της τάξης 0.048 U o ενώ για την κατακόρυφης είναι της τάξης 0.015 U o. 2. Στην μελέτη των πειραμάτων των Kim et al (1997), το μοντέλο τύρβης που παρουσιάζει το ελάχιστο μέσο σφάλμα για τον προσδιορισμό της οριζόντιας συνιστώσας της ταχύτητας είναι το μοντέλο υ 2 -f του οποίου το μέσο σφάλμα για τον προσδιορισμό της οριζόντιας συνιστώσας είναι ίσο με 0.032 U o. 3. Αντίστοιχα, τα μοντέλα τύρβης που παρουσιάζουν το ελάχιστο μέσο σφάλμα για τον προσδιορισμό της κατακόρυφης συνιστώσας της ταχύτητας είναι τα μοντέλα Standard και RNG k-ε των οποίων τα μέγιστο σφάλματα για τον προσδιορισμό της κατακόρυφης συνιστώσας είναι 0.058 Uo και 0.054 Uo αντίστοιχα. 4. Τα μοντέλα τύρβης μοντέλα, Standard k-ε, RNG k-ε, Realizable k-ε, Standard k-ω, και το υ 2 - f προβλέπουν με ικανοποιητική ακρίβεια την αύξηση της ταχύτητας στην κορυφή του λόφου ενώ αντίθετα τα μοντέλα Reynolds Stress και Spalart-Allmaras που υποεκτιμούν την τιμή αυτή. 5. Η χρήση των τοπογραφικών στοιχείων της βάσης δεδομένων του προγράμματος Google Earth είναι δυνατή για τον οικονομικό και γρήγορο προσδιορισμό της κατανομής της ταχύτητας του ανέμου πάνω από περίπλοκη φυσική τοπογραφία όταν είναι διαθέσιμα στατιστικά στοιχεία μετρήσεων ταχύτητας για την περιοχή. Σημαντική συνεισφορά για την περαιτέρω αξιολόγηση της χρήσης τοπογραφικών δεδομένων της Google, θα ήταν η σύγκριση των αποτελεσμάτων που προκύπτουν από την χρήση τους με αντίστοιχες προσομοιώσεις αναλυτικά τοπογραφικά αποτυπωμένων περιοχών. 6. ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ ANSYS Inc., 2012. ANSYS Fluent theory guide. Release 14.0. Bergeles G. C.(1985). Numerical computation of turbulent flow around two-dimensional hills. J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn., 21(3), 307 321 Ferreira A. D., Lopes A. M. G., Viegas D. X., and Sousa A. C. M. (1995). Experimental and numerical simulation of flow around two-dimensional hills. J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn., 54/55, 173 181. Lun Y. F., Mochida A., Murakami S., Yoshino H., and Shirasawa T. (2003). Numerical simulation of flow over topographic features by revised k-e models. J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn., 91(1 2), 231 245 Ishihara Τ., Kazuki H., Susumu O., 1999. A wind tunnel study of turbulent flow over a threedimensional steep hill. J. Wind Eng. Ind. Aerodyn. 83 (1999) 95-107 Kim H. G., Lee C. M., Lim H. C., N. H. Kyong, 1997. An experimental and numerical study on the flow over two-dimensional hills. J. Wind. Eng. Ind. Aerodyn., 66 (1997), 17 33

Taylor, P. A. and Teunissen, H. W.: 1987, The Askervein Hill Project: Overview and Background Data, Boundary-Layer Meteorol. 39, 15 39. Patankar S.V., 1980. Numerical heat transfer and fluid flow. Hemisphere Publishing Corp., Washington, DC, 210 pp Bitsuamlak, G.T., Stathopoulos, T., Bédard, C., Numerical evaluation of turbulent flows over complex terrains: A review, J. Aerospace Eng., Vol. 17, Number 4, pp. 135-145 (2004). Stangroom, P., MEng. 2004. CFD Modelling of Wind Flow. Nottingham: University of Nottingham, 2004. ABSTRACT This paper considers an application of Computational Fluid Dynamics in the study of airflow over a laboratory scale hill and over real topography. More specifically, Kim et al. s (2009) earlier laboratory scale experimental results were reproduced computationally. In the present work, parametric analysis took place using specific turbulence models, while the simulation of turbulent airflow used the Reynolds Averaged Navier Stokes approach (RANS), and solving methods which are incorporated in the commercial solver software package ANSYS Fluent v.14. The selected area for the case study is located in the municipality of Hersos, northwest of the city of Kilkis, for which there were listed data of previous wind measurements. The identification and construction of the 3D terrain model was done through the Google Earth software application for time saving and economic reasons. The digital background of the three-dimensional topography was processed with Autodesk s AutoCAD Civil 3D v.2012 software, and the ANSYS Workbench v.14 commercial software platform was then used to facilitate final geometric modifications and the construction of the computing mesh. Finally, results of speed profiles in key-characteristic points of the topography are presented.