Συντάχθηκε 09-01-2026 14:54
Τόπος: Δ5 - Κτίριο ΜΠΔ, Δ5.015
Έναρξη: 16/01/2026 11:00
Λήξη: 16/01/2026 12:00
ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΚΡΗΤΗΣ
Σχολή Μηχανικών Παραγωγής και Διοίκησης
Πρόγραμμα Προπτυχιακών Σπουδών
ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΔΙΠΛΩΜΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ
Παρασκευή, 16 Ιανουαρίου 2026, 11:00
Ονοματεπώνυμο: ΛΟΓΟΘΕΤΗΣ ΑΝΤΩΝΙΟΣ
Θέμα: Υπολογιστικές αναλύσεις συσκευών συγκομιδής κραδασμικής ενέργειας από ρευστοδυναμικές ροές
Title: Computational analysis of flow-induced vibration energy harvesters
Εξεταστική Επιτροπή
- ΑΛΕΥΡΑΣ ΠΑΝΑΓΙΩΤΗΣ, Επίκουρος Καθηγητής (επιβλέπων)
- ΚΑΖΑΣΙΔΗΣ ΕΜΜΑΝΟΥΗΛ-ΜΑΡΙΟΣ, Επίκουρος Καθηγητής
- ΣΤΑΥΡΟΥΛΑΚΗΣ ΓΕΩΡΓΙΟΣ, Καθηγητής
Περίληψη
Η παρούσα εργασία ασχολήθηκε με τη διερεύνηση της επίδρασης της γεωμετρικής αναλογίας μήκους προς πλάτος (L/W) στην αεροδυναμική συμπεριφορά και στο ενεργειακό δυναμικό ενός πρίσματος σε ροή χαμηλού αριθμού Reynolds. Βασικός στόχος της μελέτης ήταν να αναδειχθεί ο τρόπος με τον οποίο η γεωμετρία επηρεάζει το φαινόμενο της περιοδικής αποκόλλησης δινών, τη διαμόρφωση του wake και το πλάτος των επαγόμενων ταλαντώσεων, με τελικό σκοπό την αξιολόγηση της δυνατότητας ενεργειακής συγκομιδής μέσω δονήσεων τύπου VIV (Vortex Induced Vibrations). Για την επίτευξη του στόχου αυτού εφαρμόστηκε υπολογιστική ρευστοδυναμική (CFD) με τη χρήση του λογισμικού ANSYS, το οποίο επιτρέπει την ανάλυση μη μόνιμων ροών γύρω από στερεά σώματα. Στο πλαίσιο της μεθοδολογίας, πραγματοποιήθηκε ο σχεδιασμός έξι διαφορετικών γεωμετρικών διαμορφώσεων πρίσματος με λόγους L/W από 1/8 έως 3, η δημιουργία κατάλληλου πλέγματος, ο καθορισμός οριακών συνθηκών και η εκτέλεση μη μόνιμων προσομοιώσεων. Η ανάλυση επικεντρώθηκε στην καταγραφή της δύναμης ανύψωσης, της στροβιλότητας καθώς και των κατανομών πίεσης και ταχύτητας. Από τα αποτελέσματα προέκυψε ότι οι γεωμετρίες με μικρό λόγο L/W (1/2, 1/4) παρουσίασαν έντονη και σταθερή περιοδικότητα δινών με μεγάλο πλάτος ταλάντωσης της δύναμης ανύψωσης, γεγονός που υποδηλώνει υψηλό δυναμικό ενεργειακής συγκομιδής. Αντίθετα, οι πιο επιμήκεις διατομές (L/W = 2 και 3) εμφάνισαν ήπια περιοδικότητα, εκτεταμένο αλλά ασθενές wake και χαμηλότερη αεροδυναμική διέγερση. Ενδιάμεσα, η τετραγωνική διαμόρφωση (L/W = 1) παρουσίασε ισορροπημένη συμπεριφορά και σταθερή περιοδικότητα, λειτουργώντας ως μεταβατική περίπτωση μεταξύ των δύο ακραίων γεωμετριών. Συνοψίζοντας, η μελέτη απέδειξε ότι ο λόγος L/W αποτελεί κρίσιμο παράγοντα που καθορίζει την ένταση των ροϊκών φαινομένων και, κατ’ επέκταση, την αποδοτικότητα συστημάτων ενεργειακής συγκομιδής βασισμένων σε δονήσεις. Η συστηματική υπολογιστική προσέγγιση που εφαρμόστηκε παρείχε αξιόπιστο πλαίσιο για τη βελτιστοποίηση της γεωμετρίας τέτοιων διατάξεων και ανέδειξε την αλληλεπίδραση μεταξύ ρευστοδυναμικής και ενεργειακής απόδοσης.
Abstract
The present study dealt with the investigation of the influence of the geometric length-to-width ratio (L/W) on the aerodynamic behavior and the energy potential of a prism in a low Reynolds number flow. The main objective of the study was to highlight the way in which geometry affects the phenomenon of periodic vortex shedding, the formation of the wake, and the amplitude of the induced oscillations, with the ultimate purpose of evaluating the potential for energy harvesting through vibrations of the VIV (Vortex Induced Vibrations) type. To achieve this objective, Computational Fluid Dynamics (CFD) was applied using the ANSYS software, which allows the analysis of unsteady flows around solid bodies. Within the framework of the methodology, the design of six different geometric configurations of the prism with ratios (L/W) ranging from 1/8 to 3 was carried out, the creation of an appropriate mesh, the definition of boundary conditions, and the execution of unsteady simulations. The analysis focused on recording the lift force, the vorticity, as well as the distributions of pressure and velocity. From the results, it was found that the geometries with a small ratio (L/W) (1/2, 1/4) exhibited strong and stable vortex periodicity with a large amplitude of lift force oscillation, which indicates a high energy harvesting potential. In contrast, the more elongated cross-sections (L/W = 2 and 3) showed mild periodicity, an extended but weak wake, and lower aerodynamic excitation. In between, the square configuration (L/W = 1) presented balanced behaviour and stable periodicity, acting as a transitional case between the two extreme geometries. In summary, the study demonstrated that the ratio (L/W) constitutes a critical factor that determines the intensity of flow phenomena and, consequently, the efficiency of energy harvesting systems based on vibrations. The systematic computational approach that was applied provided a reliable framework for the optimization of the geometry of such configurations and highlighted the interaction between fluid dynamics and energy performance.
