Υπολογιστκή μοντελοποίηση πεδίου ροής γύρω από μπάλες ποδοσφαίρου διαφορετικής γεωμετρίας

Abstract

Το ποδόσφαιρο είναι ένα παγκόσμιο άθλημα που το παρακολουθούν εκατομμύρια θεατές σε όλο τον κόσμο. Το βασικό χαρακτηριστικό του είναι χωρίς αμφιβολία η σφαιρική μπάλα. Η τροχιά που ακολουθεί η μπάλα σε κάθε σουτ εξαρτάται σε μεγάλο ποσοστό από τα αεροδυναμικά της χαρακτηριστικά. Σκοπός της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η σχεδίαση, η μελέτη και η αεροδυναμική ανάλυση τριών μπαλών ποδοσφαίρου με ίση ακτίνα αλλά με διαφορετική επιφάνεια η κάθε μια, καθώς και μιας λείας σφαίρας ίσης ακτίνας. Πιο συγκεκριμένα, μελετάται η διαφορά του συντελεστή οπισθέλκουσας συναρτήσει του αριθμού Reynolds μεταξύ των μπαλών και της σφαίρας όπως επίσης και η δύναμη της αντίστασης του αέρα συναρτήσει της ταχύτητας του με την βοήθεια προσομοίωσης της ροής σε υπολογιστικό πρόγραμμα. Η μοντελοποίηση και η αριθμητική επίλυση της ροής σε αυτήν τη διάταξη έγινε με τη χρήση του εμπορικού λογισμικού υπολογιστικής ρευστομηχανικής, Ansys CFX. Για το σχεδιασμό όπου κρίθηκε απαραίτητο χρησιμοποιήθηκε το solid works αν και οι γεωμετρίες των μπαλών προϋπήρχαν και ήταν διαθέσιμες στο εργαστήριο. Για λόγους υπολογιστικής ισχύος η ροή επιλύθηκε ως μόνιμη σε ταχύτητες εύρους από 20km/h έως 130km/h καθώς για αυτό το εύρος υπήρχαν διαθέσιμα πειραματικά δεδομένα, ενώ το πεδίο ροής επιλύθηκε ως τυρβώδες ή στρωτό ανάλογα με την τιμή του αριθμού Reynolds (για τη σφαίρα) και ως τυρβώδες για τις μπάλες λόγω της επιφανείας τους και των μοτίβων που επιτυγχάνουν μετάβαση σε τυρβώδη ροή αμέσως. Τα αποτελέσματα παρουσίασαν σημαντικές ομοιότητες με τα διαθέσιμα πειραματικά.