Uso del codice Fluent per l'analisi LES su corpi di tipo automobilistico

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UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI PISA

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA AEROSPAZIALE

TESI DI LAUREA

Uso del codice Fluent per l’analisi LES

su corpi di tipo automobilistico

Relatori:

Prof. Ing. Giovanni Lombardi

Ing. Simone Camarri

Ing. Ferdinando Cannizzo

Candidato:

Marco Oppecini

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Sommario

L’obiettivo del presente lavoro di tesi è quello di analizzare i risultati ottenuti utilizzando l’analisi LES presente nel codice commerciale Fluent. Tale analisi è stata effettuata tramite il confronto con un approccio RANS e i risultati sperimentali riportati nell’Idem ESDU.

Il corpo analizzato è un assialsimmetrico posto a zero, dieci e venti gradi d’incidenza.

Questo lavoro è considerato un primo step per poter provare successivamente ad utilizzare in campo automobilistico l’analisi LES.

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Ringraziamenti

Innanzitutto desidero ringraziare coloro che mi hanno aiutato ad elaborare questa tesi: Marco, Diego, Emiliano, Stefano e Rodolfo.

Soprattutto è finalmente giunto il momento di ringraziare la mia meravigliosa famiglia: i miei genitori che mi hanno supportato e soprattutto sopportato per questi 18 anni di “studio” spronandomi con amore e pazienza, la mia sorellina che ha sempre creduto in me contro tutto e contro tutti, mi ha sempre dato il consiglio giusto al momento giusto e mi è sempre stata vicina nonostante abiti a 200 km di distanza, Massimo e le mie bellissime super-nipotine/figliocce… Vi voglio un bene dell’anima…

Un altro ringraziamento va ai miei amici di sempre: Ale “Cascaz…”, Giacomo “Luzzi”, Leonardo “Zif” e Saverio “Sommo pescatore” che con i nostri ritrovi il sabato 14:45 da Z hanno reso più dolce il passare di ogni settimana…

E poi i miei compagni di studi e fatiche: Maurizio “Mau”, Francesco “Ska-Degli”, Giulio “Ucce”, Michele “Peggiore morale”, Marco “Cap”, Stefano “I’ddai”, Simone “Simon” (grazie a Marco, Stefano e Simone per avermi sempre ospitato a dormire dopo ogni cena di corso), Michele “Puma”, Lucio “Bx”, Stefano Sardo.

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Indice

Indice delle figure _________________________________________ - 1 - Indice delle tabelle _________________________________________ - 4 - Introduzione _________________________________________________ 6 CAPITOLO 1 - Descrizione Corpo ___ Errore. Il segnalibro non è definito. CAPITOLO 2 - Reynolds Average Navier-Stokes SimulationErrore. Il

segnalibro non è definito.

2.1 Sensibilità alla griglia ____ Errore. Il segnalibro non è definito. 2.1.1 Impostazioni ______ Errore. Il segnalibro non è definito. 2.1.2 Risultati __________ Errore. Il segnalibro non è definito. 2.2 Sensibilità al modello di turbolenzaErrore. Il segnalibro non è

definito.

2.3 Risultati _______________ Errore. Il segnalibro non è definito. 2.3.1 0° d’incidenza _____ Errore. Il segnalibro non è definito. 2.3.2 10° d’incidenza ____ Errore. Il segnalibro non è definito. 2.3.3 20° d’incidenza ____ Errore. Il segnalibro non è definito.

CAPITOLO 3 - Large Eddy Simulation Errore. Il segnalibro non è definito.

3.1 Premessa ______________ Errore. Il segnalibro non è definito. 3.2 Equazioni di Navier Stokes FiltrateErrore. Il segnalibro non è

definito.

3.3 Modelli di sottogriglia____ Errore. Il segnalibro non è definito. 3.3.1 Smagorinsky-Lilly ModelErrore. Il segnalibro non è

definito.

3.3.2 Dynamic Smagorinsky-Lilly ModelErrore. Il segnalibro

non è definito.

3.3.3 Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity ModelErrore. Il

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3.3.4 Dynamic Kinetic Energy Subgrid-Scale ModelErrore. Il

3.4 Sensibilità al modello di sottogrigliaErrore. Il segnalibro non è

definito.

3.4.1 Impostazioni ______ Errore. Il segnalibro non è definito. 3.4.2 Risultati __________ Errore. Il segnalibro non è definito.

3.5 Risultati _______________ Errore. Il segnalibro non è definito. 3.5.1 0° d’incidenza _____ Errore. Il segnalibro non è definito. 3.5.2 10° d’incidenza ____ Errore. Il segnalibro non è definito. 3.5.3 20° d’incidenza ____ Errore. Il segnalibro non è definito.

CAPITOLO 4 - Confronto RANS-LES Errore. Il segnalibro non è definito.

4.1 Confronto valori CD, CL e CMErrore. Il segnalibro non è

definito.

4.1.1 0° d’incidenza _____ Errore. Il segnalibro non è definito. 4.1.2 10° d’incidenza ____ Errore. Il segnalibro non è definito. 4.1.3 20° d’incidenza ____ Errore. Il segnalibro non è definito. 4.2 Confronto costi computazionaliErrore. Il segnalibro non è

definito.

Conclusioni e sviluppi futuri ________ Errore. Il segnalibro non è definito. Bibliografia______________________ Errore. Il segnalibro non è definito.

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Indice delle figure

Fig. 1.1: Profilo del corpo_________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.1: Dominio computazionale __ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.2: Pannello di generazione del boundary layerErrore. Il segnalibro

Fig. 2.3: Boundary layer __________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.4: Mesh superficiale ________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.5: Dettaglio afterbody_______ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.6: Impostazione equazione costitutiva dell’ariaErrore. Il segnalibro

Fig. 2.7: Attivazione equazione dell’energiaErrore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 2.8: Impostazioni del modello di turbolenzaErrore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 2.9: Condizione di Pressure Far-FieldErrore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 2.10: Reference values panel___ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.11: Iterate panel ___________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.12: Andamento del CD con le iterazioniErrore. Il segnalibro non è

definito.

Fig. 2.13: Andamento CP _________ Errore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 2.14: CP nelle vicinanze del corpoErrore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 2.15: CP sul forebody_________ Errore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 2.16: Linee di corrente________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.17: Pressure Far-Field pannel_ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.18: Andamento del CD con le iterazioniErrore. Il segnalibro non è

definito.

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Fig. 2.19: Andamento del CL con le iterazioniErrore. Il segnalibro non è

definito.

Fig. 2.20: Andamento del CM con le iterazioniErrore. Il segnalibro non è

definito.

Fig. 2.21: Andamento del CP ______ Errore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 2.24: Linea di separazione del flussoErrore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 2.25: Linee di corrente________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.26: Modulo della velocità____ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.27: Andamento del CD con le iterazioniErrore. Il segnalibro non è

definito.

Fig. 2.33: Linea di separazione_____ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.34: Linee di corrente________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 2.35: Modulo della velocità____ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 3.1: Modello di sottogriglia Smagorinsky-LillyErrore. Il segnalibro

Fig. 3.2: Impostazioni di iterazione _ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 3.3: Andamento del CD con le iterazioniErrore. Il segnalibro non è

definito.

Fig. 3.4: Andamento CP __________ Errore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 3.5: CP nelle vicinanze del corpo Errore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 3.6: CP sul forebody__________ Errore. Il segnalibro non è definito.

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Fig. 3.7: Linee di corrente_________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 3.8: Andamento del CD con le iterazioniErrore. Il segnalibro non è

definito.

Fig. 3.14: Linea di separazione del flussoErrore. Il segnalibro non è definito.

Fig. 3.15: Linee di corrente________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 3.16: Modulo della velocità____ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 3.17: Andamento del CD con le iterazioniErrore. Il segnalibro non è

definito.

Fig. 3.23: Linea di separazione_____ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 3.24: Linee di corrente________ Errore. Il segnalibro non è definito. Fig. 3.25: Modulo della velocità____ Errore. Il segnalibro non è definito.

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Indice delle tabelle

Tab. 1.1: Equazioni caratterizzanti il profilo del corpoErrore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 2.1: Risultati delle prove di sensibilità alla grigliaErrore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 2.2: Risultati delle prove di sensibilità al modello di turbolenzaErrore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 2.3: Risultati della prova con incidenza 0°Errore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 2.4: Risultati con corpo posto a incidenza 10°Errore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 2.5: Risultati del corpo posto a incidenza 20°Errore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 3.1: Risultati della sensibilità al modello di sottogrigliaErrore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 3.2: Risultati della prova con incidenza 0° 5000 iterazioniErrore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 3.3: Risultati della prova con incidenza 0°Errore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 3.4: Risultati del corpo posto a incidenza 10° 5000 iterazioniErrore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 3.6: Risultati del corpo posto a incidenza 20° 5000 iterazioniErrore. Il segnalibro non è definito.

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Tab. 4.1: Confronto con incidenza pari a zero gradiErrore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 4.2: Confronto con incidenza pari a dieci gradiErrore. Il segnalibro non è definito.

Tab. 4.3: Confronto con incidenza pari a venti gradiErrore. Il segnalibro non è definito.

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Introduzione

I flussi turbolenti sono caratterizzati da grandi e piccole scale della turbolenza. Le prime hanno dimensioni paragonabili alla lunghezza caratteristica del flusso e sono quelle maggiormente responsabili del trasporto di energia e quantità di moto, inoltre sono direttamente influenzate dalla geometria del problema. Le seconde tendono a essere isotrope e universali e quindi più facilmente modellizzabili.

L’approccio Large Eddy Simulation (LES) prevede la risoluzione diretta delle grandi scale della turbolenza e l’utilizzo di modelli per le piccole.

Il presente lavoro si articola principalmente in due fasi: è stata effettuata un’analisi RANS e LES di un corpo affusolato e assialsimmetrico. L’Idem ESDU fornisce il valore sperimentale del CD per poter confrontare i risultati ottenuti ad incidenza zero.

Nella prima parte, nella quale è stata svolta l’analisi RANS, è stata effettuata preliminarmente una ricerca della griglia e del modello di turbolenza più adatti per la prosecuzione del lavoro. La scelta è stata effettuata a zero gradi d’incidenza. Successivamente è stato analizzato lo stesso caso con incidenza pari a dieci e venti gradi.

Nella seconda parte è stato svolto lo stesso lavoro della prima utilizzando però la LES: è stata effettuata un’analisi di sensibilità al modello di sottogriglia. Essendo la LES un’analisi di tipo non stazionario è stato necessario scegliere il tempo di simulazione ed il time step.