Interakce proudění a pružného tělesa v lidském vokálním traktu je komplexní a složitý problém. V této práci je proudění popsáno nestlačitelnými Navier-Stokesovými
rovnicemi. Diskretizace je provedena metodou konečných objemů v programu OpenFOAM. Dále je nastíněn princip časové a prostorové diskretizace, stejně jako použité okrajové podmínky a metody pro řešení lineárních algebraických rovnic.
Model hlasivek je matematicky popsán diferenciálními rovnicemi a jejich řešení je implementováno v programu Matlab Simulink, který zde slouží pro ověření schopnosti řešiče pimpleDyMFoam pracovat s tělesem se dvěma stupni volnosti. Programový kód řešiče je popsán a okomentován.
Numerické simulace jsou provedeny ve 2D a 3D. Ve 2D jsou zkoumány možnosti deformace sítě, jsou zkoumány možnosti a analýza vlivu počtu elementů sítě na výsledný pohyb tělesa a je nalezena hranice stability systému kritická rychlost proudění, kdy těleso kmitá s neklesající amplitudou. Ve 3D je simulován případ se stejnými počátečními podmínkami jako pro dvě dimenze. Tyto případy jsou zde porovnány.
Anotace v angličtině
Fluid-structure interaction in the human vocal tract is a complex and complicated problem. in this master thesis flow is described by incompressible Navier-Stokes equations. Discretization is accomplished by finite volume method in program OpenFOAM. Furthermore, the principle of time and space discretization is given as well as the boundary conditions and methods for the solution of the linear algebraic equation.
Model of the human vocal tract is mathematically described by differential equations and the solution is implemented in Matlab Simulink to verify the ability of pimpleDyMFoam to work with the body with two degrees of freedom. The program code of the solver is described and commented.
Numerical simulations are relized in 2D and 3D. The possibilities of deformation of the mesh are investigated as well as the influence of a number of elements to the body movement and the stability boundary of the aeroelastic system critical flow velocity, where the body starts to oscillate with increasing amplitudes is found in 2D. A 3D case is computed and compared to the 2D case with identical boundary and initial conditions.
Interakce proudění a pružného tělesa v lidském vokálním traktu je komplexní a složitý problém. V této práci je proudění popsáno nestlačitelnými Navier-Stokesovými
rovnicemi. Diskretizace je provedena metodou konečných objemů v programu OpenFOAM. Dále je nastíněn princip časové a prostorové diskretizace, stejně jako použité okrajové podmínky a metody pro řešení lineárních algebraických rovnic.
Model hlasivek je matematicky popsán diferenciálními rovnicemi a jejich řešení je implementováno v programu Matlab Simulink, který zde slouží pro ověření schopnosti řešiče pimpleDyMFoam pracovat s tělesem se dvěma stupni volnosti. Programový kód řešiče je popsán a okomentován.
Numerické simulace jsou provedeny ve 2D a 3D. Ve 2D jsou zkoumány možnosti deformace sítě, jsou zkoumány možnosti a analýza vlivu počtu elementů sítě na výsledný pohyb tělesa a je nalezena hranice stability systému kritická rychlost proudění, kdy těleso kmitá s neklesající amplitudou. Ve 3D je simulován případ se stejnými počátečními podmínkami jako pro dvě dimenze. Tyto případy jsou zde porovnány.
Anotace v angličtině
Fluid-structure interaction in the human vocal tract is a complex and complicated problem. in this master thesis flow is described by incompressible Navier-Stokes equations. Discretization is accomplished by finite volume method in program OpenFOAM. Furthermore, the principle of time and space discretization is given as well as the boundary conditions and methods for the solution of the linear algebraic equation.
Model of the human vocal tract is mathematically described by differential equations and the solution is implemented in Matlab Simulink to verify the ability of pimpleDyMFoam to work with the body with two degrees of freedom. The program code of the solver is described and commented.
Numerical simulations are relized in 2D and 3D. The possibilities of deformation of the mesh are investigated as well as the influence of a number of elements to the body movement and the stability boundary of the aeroelastic system critical flow velocity, where the body starts to oscillate with increasing amplitudes is found in 2D. A 3D case is computed and compared to the 2D case with identical boundary and initial conditions.
1. Seznamte se s problematikou proudění v lidské dýchací soustavě a vokálním traktu. Nastudujte základy teorie interakce proudění s pružnými tělesy, řešení dynamiky mechanických soustav se soustředěnými parametry a numerických metod pro řešení nestlačitelného proudění vazkých tekutin.
2. Nastudujte vybrané pokročilejší koncepty práce s knihovnou OpenFOAM, včetně jednoduchých modifikací kódů v C++ (například implementace vlastních specifických okrajových podmínek).
3. Realizujte numerickou simulaci obtékání modelu kmitajícího tělesa. Pro testy použijte 2D model, funkční simulaci poté spusťte ve 3D paralelně na výpočetním clusteru.
Zásady pro vypracování
1. Seznamte se s problematikou proudění v lidské dýchací soustavě a vokálním traktu. Nastudujte základy teorie interakce proudění s pružnými tělesy, řešení dynamiky mechanických soustav se soustředěnými parametry a numerických metod pro řešení nestlačitelného proudění vazkých tekutin.
2. Nastudujte vybrané pokročilejší koncepty práce s knihovnou OpenFOAM, včetně jednoduchých modifikací kódů v C++ (například implementace vlastních specifických okrajových podmínek).
3. Realizujte numerickou simulaci obtékání modelu kmitajícího tělesa. Pro testy použijte 2D model, funkční simulaci poté spusťte ve 3D paralelně na výpočetním clusteru.
Seznam doporučené literatury
[1] Titze I. R. (1994), Principles of Voice Production, Prentice Hall.
[2] Dowel E.H. (1978), A modern course in aeroelasticity, Kluwer Academic Publishers, London
[3] Šidlof P., Zörner S., Hüppe A. (2015), A hybrid approach to computational aeroacoustics of human voice production, Biomechanics and Modeling in Mechanobiology 14(3), pp. 473488, DOI 10.1007/s10237-014-0617-1.
[4] Khalili M., Larsson M., Müller B. (2016), Interaction between a simplified soft palate and compressible viscous flow, Journal of Fluids and Structures 67, pp. 85-105, DOI 10.1016/j.jfluidstructs.2016.09.001.
Seznam doporučené literatury
[1] Titze I. R. (1994), Principles of Voice Production, Prentice Hall.
[2] Dowel E.H. (1978), A modern course in aeroelasticity, Kluwer Academic Publishers, London
[3] Šidlof P., Zörner S., Hüppe A. (2015), A hybrid approach to computational aeroacoustics of human voice production, Biomechanics and Modeling in Mechanobiology 14(3), pp. 473488, DOI 10.1007/s10237-014-0617-1.
[4] Khalili M., Larsson M., Müller B. (2016), Interaction between a simplified soft palate and compressible viscous flow, Journal of Fluids and Structures 67, pp. 85-105, DOI 10.1016/j.jfluidstructs.2016.09.001.
Přílohy volně vložené
žádná
Přílohy vázané v práci
grafy, schémata, tabulky
Převzato z knihovny
Ne
Plný text práce
Přílohy
Posudek(y) oponenta
Hodnocení vedoucího
Záznam průběhu obhajoby
Průběh obhajoby je zveřejněn pouze přihlášenému uživateli.