Utilizzo di metodologie CFD per la valutazione di un sistema di riduzione di resistenza di attrito su una lastra piana

(1)

I

INDICE

Indice delle figure

III

Indice delle tabelle

IV

Indice dei grafici

V

Introduzione

1 Capitolo 1

Generalità sulla turbolenza e sulla transizione dello strato limite

2

1.1 Cenni sulla turbolenza

2

1.2 Equazioni di Navier Stokes mediate

3

1.2.1 Il modello k-ε

5

1.2.2 Il modello SST k-ω

7

1.3 Approcci CFD per lo studio della transizione

10 Capitolo 2

Il modello di Menter e Langtry

15

2.1 Generalità sul modello Gamma ReTheta di Menter e Langtry

15

2.2 Equazioni di trasporto del modello di Menter e Langtry

16

2.3 Modello di transizione Gamma ReTheta in StarCCM+

20 Capitolo 3

Analisi della stabilità dello strato limite

24

3.1 Descrizione del modello

24

3.2 Impostazione delle prove CFD

27

3.2.1 Il modello k-ε

27

(2)

II

Capitolo 4

Effetto delle pareti di galleria a varie intensità di turbolenza

57

4.1 Introduzione

57

4.2 Intensità di turbolenza bassa

57

4.3 Intensità di turbolenza media

58

4.4 Intensità di turbolenza alta

60 Capitolo 5

Studio del fenomeno in una galleria di dimensioni maggiori

64

5.1 Introduzione

64

5.2 Intensità di turbolenza bassa

65

5.3 Intensità di turbolenza media

67

5.4 Intensità di turbolenza alta

69 Capitolo 6

Conclusioni

72

(3)

III

Indice delle figure

Capitolo 3

Figura 3.1: Apparato sperimentale 26

Figura 3.2: Rappresentazione delle linee vorticose 26

Figura 3.3: Streamlines 34

Figura 3.4: Campo di velocità 34

Figura 3.5: Prism layer sulla lastra con i cilindretti 49

Figura 3.6: Prism layer sulla lastra con i cilindretti (particolare) 50

Figura 3.7: Streamlines 52

Figura 3.8: Streamlines (particolare) 52

Figura 3.9: Campo di velocità 52

Capitolo 4

Figura 4.1: Intensità di turbolenza per la lastra con i cilindretti 59

Figura 4.2: Coefficiente d’attrito per la lastra con i cilindretti 60

Figura 4.3: Intensità di turbolenza per la lastra 60

Figura 4.4: Coefficiente d’attrito per la lastra 60

Figura 4.5: Intensità di turbolenza per la lastra con i cilindretti 62

Figura 4.6: Coefficiente d’attrito per la lastra con i cilindretti 62

Figura 4.7: Intensità di turbolenza per la lastra 62

Figura 4.8: Coefficiente d’attrito per la lastra 63

Capitolo 5

Figura 5.1: Dominio di calcolo 64

Figura 5.2: Dominio di calcolo (particolare) 64

Figura 5.3: Mesh cilindretti 65

Figura 5.4: Lastra piana con i cilindretti (intensità di turbolenza e coefficiente

d’attrito) 68

Figura 5.5: Lastra piana (intensità di turbolenza e coefficiente d’attrito) 68

(4)

IV

Indice delle tabelle

Capitolo 3

Tabella 3.1: Sensibilità alle dimensione del dominio 29

Tabella 3.2: Sensibilità ai parametri della mesh 30

Tabella 3.3: Sensibilità al numero dei prism layer 30

Tabella 3.4: Sensibilità al valore del TVR 32

Tabella 3.5: Sensibilità al valore dell’intensità di turbolenza 33

Tabella 3.6: Sensibilità alle dimensioni del volume di controllo per la lastra

con i cilindretti 33

Tabella 3.7: Sensibilità al valore dell’intensità di turbolenza per la lastra

con i cilindretti 35

Tabella 3.8: Confronto tra la lastra piana e la lastra con i cilindretti 36

Tabella 3.9: Sensibilità ai parametri della mesh 38

Tabella 3.10: Sensibilità all’altezza e al numero dei prism layer 40

Tabella 3.11: Sensibilità al valore dello stretching factor 42

Tabella 3.12: Sensibilità al valore dell’y+ 43

Tabella 3.13: Sensibilità al valore dell’intensità di turbolenza 44

Tabella 3.14: Sensibilità al valore del free stream edge 46

Tabella 3.15: Sensibilità all’infittimento della griglia 50

Tabella 3.16: Sensibilità all’infittimento della griglia per un diverso valore

dell’intensità di turbolenza 50

Tabella 3.17: Sensibilità all’intensità di turbolenza per la lastra con i cilindretti 53

Tabella 3.18: Confronto tra la lastra piana e la lastra con i cilindretti 54

Capitolo 5

(5)

V

Indice dei grafici

Capitolo 3

Grafico 3.1: Coefficiente d’attrito delle prove 1, 2, 3 30

Grafico 3.2: Coefficiente d’attrito delle prove A, B, C 31

Grafico 3.3: Valore dell’y+ delle prove A, B, C 31

Grafico 3.4: Coefficiente d’attrito delle prove 1-1, 1-5, 1-10 32

Grafico 3.5: Coefficiente d’attrito delle prove C-0.01, C-0.035, C-0.05 35

Grafico 3.6: Coefficiente d’attrito per la lastra piana e la lastra con i cilindretti 36 Grafico 3.7: Coefficiente d’attrito per le prove al variare del numero delle celle 39 Grafico 3.8: Coefficiente d’attrito per le prove al variare del numero delle celle

(particolare) 39

Grafico 3.9: Coefficiente d’attrito per le prove a un’intensità di turbolenza di

0.0035 40

Grafico 3.10: Coefficiente d’attrito per le prove 3-A, 3-B, 3-C, 3-D 41

Grafico 3.11: Coefficiente d’attrito per le prove 3-A, 3-B, 3-C, 3-D (particolare) 41

Grafico 3.12: Coefficiente d’attrito per le prove SF-1.3, SF-1.5, SF-1.9 42

Grafico 3.13: Coefficiente d’attrito per le prove al variare del valore dell’y+ 43

Grafico 3.14: Coefficiente d’attrito per le prove al variare del valore dell’y+

(particolare) 43

Grafico 3.15: Coefficiente d’attrito per le prove a

l

variare dell’intensità di

turbolenza 45

Grafico 3.16: Coefficiente d’attrito per le prove al variare del free stream

edge 46

Grafico 3.17: Coefficiente d’attrito per le prove al variare del free stream

edge (particolare) 46

Grafico 3.18: Coefficiente d’attrito per la prova a un’intensità di turbolenza

di 0.01 47

di 0.035 47

(6)

VI

Grafico 3.21: Valore dell’intensità di turbolenza a monte della lastra 48

Grafico 3.22: Coefficiente d’attrito al variare dell’infittimento della griglia

(I=0.035) 51

Grafico 3.23: Coefficiente d’attrito al variare dell’infittimento della griglia

(I=0.0035) 51

Grafico 3.24: Coefficiente d’attrito al variare dell’intensità di turbolenza 53

Grafico 3.25: Confronto I=0.0035 54

Grafico 3.27: Confronto I=0.01 (particolare) 55

Capitolo 4

Grafico 4.1: Sezione centrale 57

Grafico 4.2: Sezione a 40 cm dalle pareti di galleria 57

Capitolo 5

Grafico 5.2: Sezione a 30 cm dal piano di simmetria 66

(7)

VII