Είσοδος

Υπολογιστική Υδραυλική

Γενικά στοιχεία

 

 
Ύλη

A.        Εισαγωγή στην υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD, Computational Fluid Dynamics). Βασικές εξισώσεις ροής και μεταφοράς βαθμωτού μεγέθους; γενική μορφή  και απλοποιημένες μορφές των εξισώσεων. ΑΕ=1.

B.         Εξίσωση μονοδιάστατης μεταφοράς-διάχυσης βαθμωτού μεγέθους και επίλυσή της με τις μεθόδους των διαφορικών όγκων. Σχήματα διακριτοποίησης. Αριθμητική διάχυση. Ρητή και πεπλεγμένη επίλυση. Εφαρμογές. ΑΕ=4.

Γ.         Mη-μόνιμη ροή σε κλειστούς αγωγούς. Υδραυλικό πλήγμα. Βασικές έννοιες και εξισώσεις. Οριακές συνθήκες και επίλυση των εξισώσεων με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Μη-μόνιμη ροή σε ανοικτούς αγωγούς. Εξισώσεις St. Venant. Το κινηματικό κύμα-εξίσωση μεταφοράς. Οριακές συνθήκες και επίλυση των εξισώσεων με τη μέθοδο των πεπερασμένων διαφορών. Διόδευση πλημμύρας. ΑΕ=5.

Δ.        Μεθοδολογία υπολογισμού με κώδικα CFD. Δεδομένα εισόδου, γεωμετρία,  υπολογιστικό πλέγμα, οριακές και αρχικές συνθήκες, μοντέλα τύρβης (k-ε, k-ω, RANS, LES και SST), υπολογισμοί, παρουσίαση αποτελεσμάτων). Εφαρμογές σε απλές περιπτώσεις. ΑΕ=3.

 

Mέθοδοι αξιολόγησης

Η αξιολόγηση των φοιτητών βασίζεται (1) στα θέματα και (2) στην τελική εξέταση. Η παράδοση των 3-4 θεμάτων είναι υποχρεωτική και η βαθμολογία τους λαμβάνεται υπόψη στον τελικό βαθμό σε ποσοστό μέχρι 50%, ενώ το υπόλοιπο ποσοστό διαμορφώνεται από την τελική εξέταση. Το ακριβές ποσοστό αποφασίζεται από κοινού με τους φοιτητές στο 2ο μάθημα.  Στην τελική εξέταση που έχει διάρκεια 60-90 min επιτρέπεται η χρήση των βιβλίων, σημειώσεων, ασκήσεων και θεμάτων και είναι απαραίτητη η χρήση Η/Υ τσέπης (calculator).

Διδάσκοντες

Αναστάσιος Στάμου, Καθηγητής (Συντονιστής).Τηλ. 210-7722809.

Ηλίας Παπακωνσταντής, Λέκτορας. Τηλ. 210-7722876.

Βοηθοί

Ανθούλα Γκεσούλη, Υποψήφια Διδάκτωρ. Τηλ. 210-7722801.

Γεωργία Παπαδονικολάκη, Υποψήφια Διδάκτωρ. Τηλ. 210-7722801.

 

Τρόπος διδασκαλίας

Για την επίτευξη των στόχων του μαθήματος πραγματοποιείται διδασκαλία του μαθήματος με (1) διαλέξεις (με τη χρήση διαφανειών, slides και του πίνακα), (2) αριθμητικά παραδείγματα στον πίνακα και (3) υπολογιστικές ασκήσεις κατά τη διάρκεια του μαθήματος. Επίσης, δίνονται 3-4 θέματα για επίλυση στο σπίτι, τα οποία οι φοιτητές επεξεργάζονται μόνοι τους ή σε ομάδες 2-4 ατόμων και τα παραδίδουν με τη  μορφή Τεχνικής Έκθεσης μέχρι την οριζόμενη ημερομηνία. Η εκπόνηση των θεμάτων ξεκινά στην τάξη και συνεχίζεται στο σπίτι, αν δεν ολοκληρωθεί στο ΕΜΠ. Για το λόγο αυτό οι φοιτητές έχουν μαζί τους προσωπικούς τους ΗΥ ή εναλλακτικά το μάθημα γίνεται σε αίθουσα εξοπλισμένη με ΗΥ. Τα θέματα διορθώνονται, βαθμολογούνται και επιστρέφονται στους φοιτητές, οι οποίοι μπορεί να τα έχουν μαζί τους κατά τη διάρκεια της εξέτασης.    

Αποκτούμενες δεξιότητες

Με την επιτυχή ολοκλήρωση του μαθήματος, οι φοιτητές έχουν αποκτήσει τις βασικές γνώσεις υπολογιστικής υδραυλικής, τις οποίες έχουν συνδυάσει με αυτές των μαθηματικών και του προγραμματισμού (π.χ. με EXCEL) για να μάθουν (α) να δομούν απλά μαθηματικά μοντέλα και (β) να χειρίζονται σύνθετα μαθηματικά μοντέλα-υπολογιστικούς κώδικες CFD. Έτσι, είναι σε θέση να εφαρμόζουν τα μοντέλα αυτά για να αντιμετωπίζουν πρακτικά προβλήματα υδραυλικής, όπως μη μόνιμης ροής υπό πίεση (π.χ. υπολογισμός υδραυλικού πλήγματος και αντιμετώπισή του) και ροής με ελεύθερη επιφάνεια (π.χ. διόδευση πλημμύρας και κύματος εξαιτίας θραύσης φράγματος), αλλά και εφαρμοσμένης περιβαλλοντικής υδραυλικής (π.χ.  σε δεξαμενές καθίζησης).

Σημαντικές παρατηρήσεις

Επίπεδο μαθήματος. Το μάθημα είναι μεταπτυχιακού επιπέδου. Τμήμα αυτού (ενότητες Γ και Δ) διδάσκεται στο μάθημα «Υπολογιστικές Μέθοδοι Υδροδυναμικής» του ΔΠΜΣ  Υπολογιστική Μηχανική

http://compmech.chemeng.ntua.gr/?course&course_id=9.

Πρόσθετες δυνατότητες. Η ύλη του μαθήματος έχει κοινά σημεία με την ύλη των μαθημάτων του TUM (Πολυτεχνείο Μονάχου)

(a)           Rapidly Varying Flows in Hydraulic Engineering  

https://campus.tum.de/tumonline/wblv.wbShowLvDetail?pStpSpNr=950155128&pSpracheNr=2&pMUISuche=FALSE, και  

(b)          Environmental Hydrodynamic Modelling

https://campus.tum.de/tumonline/wblv.wbShowLvDetail?pStpSpNr=950208798&pSpracheNr=1&pMUISuche=FALSE

Αυτό έχει ως συνέπεια να υπάρχουν πρόσθετες δυνατότητες, όπως π.χ. παρακολούθηση μαθημάτων ή/και εκπόνηση διπλωματικής εργασίας στο TUM, κυρίως μέσω των προγραμμάτων  Erasmus, NEXUS κ.α.  

Βιβλία και σημειώσεις

Διδακτικά συγγράμματα από τον Εύδοξο, σημειώσεις και παρουσιάσεις  θεωρίας-ασκήσεων. Έκτος από τα βιβλία, δίνονται στους φοιτητές σημειώσεις των διδασκόντων που καλύπτουν πλήρως την ύλη του μαθήματος. Κάποιες από αυτές είναι  γραμμένες στη αγγλική, καθόσον χρησιμοποιούνται και σε μαθήματα του Master του Πολυτεχνείου του Μονάχου (TUM).



Συγχρηματοδότηση
από την Ε.Ε.