Realizzazione del volume di controllo

3.4.1 Introduzione

Per eettuare la simulazione CFD sarà necessario denire un volume di controllo, il quale rappresenta il dominio sico del problema. Tale dominio, che contiene anche la geometria da analizzare, sarà sottoposto ad una mesh prima di supercie, e poi di volume. Si ricorda che queste operazioni dovranno avvenire in maniera automatizzata mediante la compilazione di una macro, per cui è necessario che il solutore aerodinamico identichi in maniera univoca le varie superci di cui è composto il dominio. Se questo fosse generato direttamente all'interno di STAR CCM+, il software ad ogni ciclo di calcolo in cui varia la geometria dell'ala, nella creazione del dominio assegnerebbe in maniera random la denominazione delle varie superci. Dato che per l'assegnazione delle condizioni al contorno e per eettuare anche una mesh personalizzata su determinate superci, una denominazione random creerebbe notevoli problemi di riconoscimento, la creazione del box di calcolo verrà fatta su CATIA. Una volta denominate le superci sul CAD, quando queste verranno esportate per il calcolo, STAR CCM+ le identicherà in maniera univoca.

3.4.2 Criteri di scelta e realizzazione del modello

La determinazione del dominio di calcolo, varia a seconda del progetto uidodinamico che si sta svolgendo, in particolare, la forma del dominio è associata al tipo di analisi che si sta conducendo. Il volume di controllo dovrà quindi essere rappresentativo del problema preso in esame. Per quanto concerne l'aerodinamica esterna, la tentazione sarebbe quella di realizzare un dominio immensamente grande, in cui sono sicuro di catturare tutti i fenomeni di interesse, e riproducendo al meglio le condizioni di usso che potrei avere nella realtà. Tuttavia questo approccio risulta molto dispendioso in termini computazionali, specie in fase di ottimizzazione, in quanto si rischierebbe di appesantire notevolmente il conto, facendo analizzare al solutore aerodinamico anche zone che non sono di interesse pratico del problema. La scelta, dunque, dovrà essere molto accurata. Nel caso in esame, si ragiona basandosi sui seguenti punti:

• si vuole catturare la formazione dei vortici di estremità, per cui il dominio dovrà essere sucientemente largo in direzione dell'apertura alare

• si vuole analizzare come i vortici formati diondono nella scia dell'ala, per cui il dominio dovrà essere abbastanza lungo in direzione longitudinale

• si vogliono ottenere le curve di variazione dei coecienti aerodinamici con l'inci- denza, per cui il dominio dovrà essere sucientemente alto per consentire alla scia di svilupparsi nelle varie direzioni

Come precedentemente accennato, nonostante si voglia un dominio che si estenda sucientemente nelle tre direzioni, bisognerà disegnarlo in modo da avere il minimo im- piego computazionale possibile ma allo stesso tempo un usso ben rappresentato.

La geometria scelta può essere visualizzata nella Figura 3.12:

Figura 3.12: Geometria del box di calcolo

Come si può notare, l'estensione posteriore del box è di forma tronco-conica, in manie- ra da catturare le caratteristiche del usso per ogni assetto selezionato. Anteriormente, invece, si è optato per una calotta sferica. Questa forma, permette di avere suciente distanza dal bordo d'attacco in direzione del usso per ogni assetto, in maniera tale che il usso, una volta partito, possa correttamente allinearsi e stabilizzarsi, per poi investire il corpo. Questa soluzione (in questo caso), risulta nettamente più vantaggiosa rispetto ad un classico box a scatola, soprattutto in termini di dispendio computazionale, in quanto questo, per assolvere agli stessi compiti del box disegnato, dovrebbe avere:

• un'estensione posteriore molto più grande, per riuscire a catturare il usso al variare dell'incidenza

• delle zone nella parte anteriore del box, inutili dal punto di vista dell'analisi del usso.

• calotta sferica di raggio uguale a 14 corde (' 25m), con centro in corrispondenza del bordo d'attacco

• estensione posteriore di 26 corde (' 45m), con origine in corrispondenza del bordo d'attacco

• la calotta sferica non è una semisfera, infatti è stata interrotta in modo da essere tangente con il tronco di cono e sviluppare un angolo di circa 12deg

Capitolo 4

Computational Fluid Dynamics (CFD)

4.1 Introduzione

In questo capitolo verrà illustrata la procedura di analisi CFD, la quale svolge un ruolo fondamentale in ambito di ottimizzazione, in quanto ad essa è adato il compito di valutare, ad ogni ciclo di ottimizzazione, il valore della funzione obiettivo, che servirà da input all'algoritmo di ottimizzazione per condurre la soluzione verso la congurazione di ottimo. L'analisi CFD, fornirà inoltre un report di tutte le grandezze aerodinamiche di interesse, le quali potranno essere analizzate e confrontate in ambito di post-processing. Per eettuare l'analisi, si è utilizzato il software STAR-CCM+ della CD-adapco. L'analisi è strutturata nei seguenti passi:

• Importazione della geometria

• Impostazione delle condizioni al contorno • Generazione della mesh

• Congurazione del modello sico • Calcolo del usso

• Esportazione dei report dei risultati

Come precedentemente esposto, l'analisi uidodinamica dovrà essere eettuata per ogni ciclo di ottimizzazione in cui varia la geometria, per cui sarà necessario registrare una macro in linguaggio java, in maniera che il software di ottimizzazione compia tutti i passi prima descritti in maniera automatica. L'utilizzo della macro fornisce inoltre maggiore versatilità alla procedura, in quanto permette di variare qualsiasi operazione o parametro di interesse modicando direttamente lo script, senza dover eventualmente ripetere i passaggi della procedura manualmente. La registrazione della macro è semplice in STAR. Basta infatti dare comando di "REC" ed eseguire le operazioni di interesse.