ISTFA : A 2-D CFD code using python with an interface

Abstract

ISTFA: PYTHON KULLANILARAK ARAYÜZ İLE BİR 2-D HAD KODU Hesaplamalı akışkanlar mekaniği; aerodinamik, matematik, meteoroloji ve mühendislik gibi disiplinler arasında ortak çalışma konusu olan alanlardan birisidir. Bilgisayar teknolojisinin ilerlemesi ile kısmi diferansiyel denklemlerin nümerik olarak çözülmesi süreci daha kolay hale gelmiştir. Yıllar önce, zamanının bilgisayar ve nümerik yöntemleriyle çözümü uzun süreler alıcak problemler günümüzde kısa işlemci sürelerinde çözülebilmektedir. Yöntemin sağladığı imkanlar sanayi içinde veya dışında kullanılmasını mümkün kılmıştır. 1970'lı yıllarda havacılık endüstrisi dizayn, AR-GE ve üretim aşamalarına HAD metotlarını entegre etmiştir. Bu çalışma; önişlemci ve arayüz içeren ve sonlu hacimler metodunu kullanan bir 2-D HAD kodu geliştirmeyi amaçlamaktadır. Kod nesne tabanlı programlama dillerinden birisi olan Python ile yazılmıştır. Python, ulaşılması kolay olan kod kütüphanelerine sahip ve kod yapısı pratik olarak kolay olan bir programlama dilidir. Tasarlanan kod, TEAM kodu referans alarak geliştirilmiştir. Laminer ve türbülanslı 2 boyutlu akışların kartezyen düzlemde analizleri yapılabilmektedir. Hız - basınç bağlantısını sağlamak amacıyla SIMPLE ve PISO algoritmaları kullanılmıştır. Kodun kullanımı için basit bir grafiksel kullanıcı arayüzü tasarlanmıştır. Akış alanı içerisinde katı yüzeylerin modellenebilmesi amacıyla blocked-off region metodu koda eklenmiştir. Sonuç olarak, tasarlanan kod içerisinde bir ön işlemci ve çözücü bulunmaktadır. Analizler tamalandığında elde edilen verinin görselleştirilmesi için çıktı dosyası oluşturulmaktadır. Bu çıktı içerisinde koordinatlar ve akışa ait veri bulunmaktadır. Kodun hassasiyetini tanımlamak amacıyla, literatürdeki temel akış analizleri yapılmış ve sonuçları eklenmiştir. Bu tez çalışması HAD kodları veya HAD programları ile ilgilenen araştırmacı ve öğrencilere hitap eden bir çalışmadır.

ISTFA: A 2-D CFD CODE USING PYTHON WITH AN INTERFACE Computational fluid dynamics is one of the commonly studied topics of multi-physics disciplinary such as aerodynamics, mathematics, meteorology, and engineering. With the advancement in computer technologies, the process needs to solve the partial differential equations by numerically become smoother. Problems that would have taken a long time to work out by the computational methods and computers available decades ago can be solved at very little cost in a few seconds of computer time. The result of the power of the technique, it has a wide range of industrial and non-industrial application areas. From the 1960s onwards, the aerospace industry has integrated CFD techniques into the design, R&D, and manufacture of aircraft and jet engines. This study aims to develop a 2D CFD code with a pre-processor and interface which uses the Finite Volume Method. The code has written with an object-oriented programming language Python. Python is a popular programming language with easy to achieve code library and practically easy code structure. The resulting code is based from the TEAM code. In cartesian plane, two dimensional laminar and turbulent analyses can be performed. In order to provide velocity – pressure linkage, SIMPLE and PISO algorithms are employed. A basic graphical user interface (GUI) is designed to ease the usability. Blocked off region method is implemented to the code to model solid surfaces within a flow domain. In the end, the code includes a preprocessor and solver. When the analyzes are completed, an output file is created to visualize the data obtained. This output contains coordinates and flow data. In order to define the sensitivity of the code, basic flow analyzes in the literature were made and the results were added. This study is contributed to the researchers of the CFD coding and the students who aim to learn CFD programming and CFD programs.