Ontwikkeling van een dynamische eindige differentiemethode voor Large-Eddy Simulatie

In de afgelopen decennia erkenden vele onderzoekers de noodzaak om de numerieke kwaliteit van Directe Numerieke Simulaties (DNS) en vooral voor Large-Eddy Simulaties (LES) voor turbulente stromingen te waarborgen. In tegenstelling tot DNS, worden in LES enkel de belangrijkste grootschalige turbulente wervelstructuren in de stroming berekend. Dit impliceert dat de kleinste structuren die berekend worden in LES, relatief belangrijk zijn voor de evolutie van de stromingsoplossing in LES. Bijgevolg dient de numerieke kwaliteit ook voor deze kleine wervels te worden gewaarborgd in LES. Echter, de klassieke eindige differentiebenaderingen, waarbij de nauwkeurigheid van de grootst geresolveerde structuren op het rekenrooster primeert ten koste van de kleinst geresolveerde structuren, zijn vaak suboptimaal voor LES, waar de grootteorde van de kleinste structuren in vele gevallen vergelijkbaar is met deze van de mazen van het rekenrooster. In het huidige proefschrift wordt een familie van dynamische eindige differentiemethoden ontwikkeld, die toelaat de globale numerieke fout op de stromingsoplossing onmiddellijk te minimaliseren tijdens de simulatie. Deze dynamische eindige differentiemethoden bevatten dus het intrinsiek vermogen zich optimaal aan te passen aan de fysische kenmerken van de berekende stroming in relatie tot het rekenrooster. Deze eindige differentiestrategie maakt het mogelijk om steeds een quasi optimale numerieke methode te waarborgen, in overeenstemming met de karakteristieken van de stromingsoplossing op dat moment

Abrasive wear behaviour of 27MnB5 steel used in agricultural tines

Understanding the wear mechanisms in wear parts is a crucial element of tribological investigation, particularly in agricultural applications where the knowledge about abrasive micro-mechanisms of soil engaging tools are limited. In the current research, symmetrical skew wedge cultivator tines of 27MnB5 steel were wear tested to investigate the change in mass, linear dimensions, hardness and microstructure, aiming at prolonging the lifetime of these parts through design and material. The wear mechanisms were identified and characterized by non-contact 3D optical profilometry. Test results clearly shows a zone specific wear micro-mechanism based on the tine geometry. The cutting edge of the tine can be segmented into micro-cutting and micro-ploughing zone. Vickers hardness and microstructural analysis were performed on the cross-section of the sliding interface. Tribolayer was observed on the worn surface. Degree of penetration from the wear scratches was calculated to justify the wear micro-mechanisms. A Discrete Element Method (DEM) model was developed to investigate the soil flow during the tillage process. The model results and field test wear scars are in good agreement with each other with respect to the wear patterns

Spectral analysis of nonlinear finite difference discretizations

The present work provides a theoretical analysis of the spectral properties of nonlinear finite difference discretizations. Nonlinear spectral analysis is applied in order to study the statistical behaviour of the modified wavenumber of TVD and WENO schemes. It is shown that, despite the intended high-order accuracy of these schemes for linear problems, the real accurracy on nonlinear problems is very similar to low order upwind schemes

Residual stress reconstruction for large-Eddy simulation

A modelling technique for Large-Eddy Simulation is presented, in which the residual-stress tensor is reconstructed by applying an optimal convolution operator to the resolved stresses. This convolution operator is defined as a Taylor-series expansion in which the coefficients are determined using a dynamic procedure. The method is evaluated for the 1D Burger’s equation as proof of concept. Promising results are obtained