Influenza dei modelli di trattamento a parete

Data l’influenza dei fenomeni di distacco dalle pareti si sono testati, nella confi- gurazione di maggiore accuratezza numerica, i modelli di trattamento a parete di Fire. In particolare il modello Two Layer ed il modello Hybrid Wall Function, che permettono di ricostruire i termini sorgente delle grandezze simulate anche per celle molto piccole, cio`e nello strato laminare viscoso. Non sono state osservate differenze significative tra i due modelli, ma il modello HWF sembra leggermente pi`u stabile. Per questo motivo l’analisi comparativa viene fatta tra la legge di parete standard (WF) e quella ibrida (HWF).

7.1 – Simulazione stazionaria e valutazione del coefficiente di efflusso

Figura 7.9. Griglia per HWF

Figura 7.10. Griglia per SWF

La griglia di fig. 7.9 `e stata ottenuta dalla griglia di fig. 7.10 senza il raffinamento della mesh nella sede valvola e con l’aggiunta di sei strati a parete. Il valore di y+ scende quindi al di sotto del valore critico di 11.67, e questo ha portato all’utilizzo della legge HWF. Il prezzo computazionale da pagare `e abbastanza pesante (si passa da 700000 celle a 1200000) e l’idea `e di valutare il vantaggio nella predittivit`a dei flussaggi.

L’analisi del campo di velocit`a nella zona di efflusso (fig. 7.11) rileva una diffe- renza nella zona della sede valvola ed un flusso pi`u ‘sottile’ per la simulazione con boundary layer.

7.1 – Simulazione stazionaria e valutazione del coefficiente di efflusso

Figura 7.12. Confronto campo di velocit`a con HWF e SWF

In effetti dall’esame delle immagini con i vettori velocit`a (fig. 7.12) `e possibile notare come la simulazione con boundary layer abbia permesso di simulare il distacco di vena in corrispondenza della sede valvola, mentre la mesh con il raffinamento ha generato un gradiente di velocit`a, cio`e un rallentamento del flusso in tale zona. La zona strizione stelo sembra invece molto simile nelle sue simulazioni.

L’analisi del profilo di velocit`a (fig. 7.13) conferma che a pari griglia d’origine e schema numerico le differenze tra le due simulazioni sono piccole. Questo porta ad una prima considerazione sul modello a parete utilizzato: nel caso di distacco di vena generato da una forte discontinuit`a geometrica un buon infittimento locale `e

Figura 7.14. Distribuzione turbolenza

equivalente alla creazione di uno strato a parete di altezza molto piccola. D’altronde lo scopo da perseguire in tali situazioni `e lo stesso, cio`e evitare che il flusso si diffonda a valle della discontinuit`a a causa della discretizzazione spaziale. Dal punto di vista locale si evidenzia comunque come l’infittimento non abbia generato un distacco netto e, se questo non ha causato una differenza sostanziale nei profili di velocit`a, pu`o comunque risultare determinante in condizioni di flusso pi`u complesso, come quelle di un condotto di un motore ad alte prestazioni. Inoltre il fare una simulazione con uno strato di boundary layer fitto ovunque svincola l’utente dal dover prevedere in modo puntuale tutte le situazioni di variabilit`a di flusso vicino alla parete.

7.1 – Simulazione stazionaria e valutazione del coefficiente di efflusso

La produzione di turbolenza `e simile nei due casi. La simulazione con bounda- ry layer presenta una produzione maggiore di turbolenza nella sede valvola, dove avviene il distacco. Questa differenza `e appena visibile sul profilo di turbolenza a distanza 20mm a causa della sua diffusione (fig. 7.15)

Nel grafico 7.16 `e presente il profilo di velocit`a assiale preso lungo l’asse del cilindro. Esso `e un indice dell’entit`a dei vortici che si generano a valle della valvola: lungo l’asse infatti la velocit`a `e negativa, cio`e rivolta verso l’alto. Il punto in cui la curva intercetta l’ordinata nulla rappresenta la fine del vortice generato dall’efflusso e l’inizio della zona a velocit`a ‘costante’ verso la sezione di uscita.

Figura 7.16. profili di velocit`a lungo l’asse del cilindro

Nel caso simulazione effettuata con il solo infittimento `e possibile notare come il flusso a valle della valvola abbia ancora una inerzia molto grande, al contrario di quanto rilevato sperimentalmente. Il modello a parete HWF invece risulta pi`u dissipativo e interpreta meglio tale fenomeno. Analogo paragone `e stato effettuato tra il modello di trattamento a parete standard e il modello TL (Two Layer) in cui il trattamento delle celle a parete viene effettuato sfruttando l’ipotesi di basso numero di Reynolds.

L’elemento che `e emerso con maggiore evidenza `e l’importanza della fase della generazione della griglia di calcolo: anche una minima differenza di discretizzazione spaziale pu`o far variare un parametro di efficienza globale, quale ad esempio un flussaggio stazionario, di oltre il 7%.

L’adozione di schemi di interpolazione pi`u accurati `e molto importante nel suc- cesso di una simulazione, ma, vista la loro maggiore instabilit`a, necessitano di griglie pi`u accurate. Sia il modello di turbolenza k-epsilon che il k-z-f hanno sottostimato la turbolenza generata dall’efflusso: il k-epsilon `e risultato pi`u stabile, mentre il k-z-f, che nel caso test considerato non ha evidenziato grandi benefici, dovrebbe essere un

Figura 7.17. Boundary Layer

Figura 7.18. Distacco di vena

modello pi`u completo nel caso di curvature variabili con continuit`a ed `e da preferirsi nel caso di simulazioni per definire il campo di moto in camera.

Il trattamento a parete standard (SWF) vincola nella generazione della griglia e non permette di vedere i distacchi di flusso: sia il modello TL che HWF hanno dato risultati positivi, in particolare HWF `e pi`u stabile del TL. Un modello HWF con un boundary layer a parete evita di dover prevedere in anticipo le zone di distacco di vena.