Väitös konetekniikan alalta DI Alpo Laitinen

Väitöskirjan nimi "Computational fluid dynamics simulations of thermal flows in various applications"

Tämä väitöskirja kuuluu laskennallisen fysiikan alaan, jossa hyödynnetään korkean suorituskyvyn laskennallisia menetelmiä laskennallisessa virtausdynamiikassa (CFD), painottaen suurten pyörteiden metodiin (LES). Virtausilmiöt ovat oleellisia useimmissa energiatekniikan sovelluksissa. Tällaisen fysiikan ymmärtäminen on tärkeää prosessien ymmärtämisen ja tehokkuuden parantamisen kannalta. Tässä väitöskirjassa tutkitaan laskennallisesti kolmea eri yhteiskunnallisesti merkityksellistä sovellusta virtausilmiöiden sekä lämmönsiirron kannalta. Nämä sovellukset ovat nestejäähdytteinen lämmönsiirrin, soodakattila, sekä ilmanvaihto suurehkossa huoneessa, jossa patogeeni leviää ilmateitse. Suuren tarkkuuden simulaatioiden käytön etuna on se, että pystytään tutkimaan monen mittakaavan kuljetus- ja sekoittumisilmiöitä, joita olisi vaikea tutkia kokeellisesti. Työn tulosten perusteella voidaan sanoa, että turbulenssin tarkka mallintaminen on yksi oleellisimmista asioista realististen simulointitulosten saavuttamisen kannalta. Lämmönvaihtimessa transitionaalisten virtausten tarkka ratkaiseminen vaikutti merkittävästi paikallisiin maksimilämpötiloihin. Soodakattilassa LES osoittautui erityisen hyödylliseksi ratkaisemaan turbulenttia sekoittumista sekä pisaroiden leviämistä. Sisäilmakontekstissa transitionaaliset virtaukset ja nostevirtaukset vaikuttivat merkittävästi patogeenien leviämiseen ilmassa. Tällaisten ilmiöiden mallintamiseen tarvitaan korkean tarkkuuden, mittakaavat ratkaisevia laskentamenetelmiä, kuten LES. Tällaisia simulointeja voisi käyttää erinäisten sovellusten suunnitteluprosesseissa