Indice
ii
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Sommario ... i
Introduzione ... vi
1 Geometrie analizzate ... 1
1.1 Definizione del dominio di calcolo ... 2
1.2 Geometria del corpo ... 4
2 Generazione delle griglie di calcolo ... 6
2.1 Mesh di superficie - modello simmetrico ... 7
2.2 Mesh di volume - modello simmetrico ... 11
2.2.1 Parametri per la gestione della mesh prismatica -modello simmetrico ... 11
2.2.2 Parametri per la gestione della mesh tetraedrica - modello simmetrico ... 12
2.3 Mesh di superficie - modello completo ... 16
2.4 Mesh di volume - modello completo ... 17
2.4.1 Parametri per la gestione della mesh prismatica - modello completo ... 17
2.4.2 Parametri per la gestione della mesh tetraedrica - modello simmetrico ... 17
3 Aspetti teorici delle simulazioni RANS ... 19
3.1 Il modello fisico-matematico ... 21
3.1.1 Le equazioni di Navier e Stokes ... 21
3.1.2 La turbolenza ... 23
3.2 Metodologie RANS per l’integrazione delle equazioni di Navier e Stokes ... 26
3.2.1 Le equazioni mediate di Reynolds (RANS) ... 27
3.2.2 I modelli di turbolenza ... 29
3.2.2.1 Il modello Reynolds Stress (RSM) ... 29
3.2.2.2 Il modello Reynolds Stress (RSM) low-Re stress-omega ... 34
3.2.2.3 Il modello Realizable ݇-߳ (Re ݇-߳) ... 37
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iii
3.2.2.4 Il modello SST ݇-߱ ... 41
3.2.3 Caratterizzazione numerica del flusso vicino ai contorni solidi per le simulazioni RANS ... 45
3.2.3.1 Caratterizzazione numerica dello strato limite turbolento ... 45
3.2.3.2 Discretizzazione e soluzione dello strato limite turbolento all’interno di una simulazione RANS ... 47
4 Analisi di sensibilità alla griglia ... 49
4.1 Le griglie di calcolo ... 50
4.2 Analisi di sensibilità alla griglia ... 50
4.3 Risultati dell’analisi di sensibilità ... 52
4.4 Alcune considerazioni sulla generazione delle mesh con trenta livelli di prismi. ... 53
5 Risultati delle simulazioni RANS stazionarie ... 54
5.1 Impostazioni generali del solutore aerodinamico e definizione dei coefficienti adimensionali ... 56
5.1.1 Le impostazioni del solutore ... 56
5.1.2 I coefficienti adimensionali ... 57
5.2 Analisi dei risultati - modello di turbolenza RSM, mesh S1 e S4 ... 61
5.2.1 Gli andamenti dei coefficienti adimensionali - RSM... 61
5.2.2 Visualizzazioni del campo di velocità, dei coefficienti di pressione e dei valori della y+ - RSM ... 68
5.3 Analisi dei risultati - modello di turbolenza RSM modificato, mesh S1 e S4 ... 73
5.3.1 Gli andamenti dei coefficienti adimensionali - RSM mod ... 73
5.3.2 Visualizzazioni del campo di velocità, dei coefficienti di pressione e dei valori della y+ ... 78
5.4 Analisi dei risultati - modello di turbolenza Realizable k-ࣕ, mesh S1 e S4 ... 83
5.4.1 Gli andamenti dei coefficienti adimensionali - Re k-ࣕ ... 83
5.4.2 Visualizzazioni del campo di velocità, dei coefficienti di pressione e dei valori della y+ - Re k-ࣕ ... 90
5.5 Analisi dei risultati - modello di turbolenza SST k-࣓, mesh S1 e S4 ... 95
5.5.1 Gli andamenti dei coefficienti adimensionali - SST k-࣓ ... 95
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iv
5.5.2 Visualizzazioni del campo di velocità, dei coefficienti di pressione e dei valori della
y+ - SST k-࣓ ... 101
5.6 Analisi comparativa dei modelli di turbolenza utilizzati con le mesh S1 e S4 ... 106
5.7 Analisi dei risultati - modello di turbolenza SST k-࣓, mesh S5 ... 111
5.7.1 Gli andamenti dei coefficienti adimensionali - SST k-࣓ ... 111
5.7.2 Visualizzazioni del campo di velocità, dei coefficienti di pressione e dei valori della y+ - SST k-࣓ ... 117
5.8 Analisi dei risultati - modello di turbolenza RSM low-Re stress-omega, mesh S5 ... 121
5.8.1 Gli andamenti dei coefficienti adimensionali - RSM LRSO ... 121
5.8.2 Visualizzazioni del campo di velocità, dei coefficienti di pressione e dei valori della y+ - RSM LRSO ... 129
5.9 Analisi comparativa dei modelli di turbolenza utilizzati con le mesh S5... 134
6 Aspetti teorici delle simulazioni Large Eddy (LES) ... 138
6.1 Le idee alla base delle simulazioni Large Eddy ... 139
6.2 Metodologie LES per l’integrazione delle equazioni di Navier e Stokes ... 142
6.2.1 Le equazioni filtrate di Navier e Stokes ... 142
6.2.2 I modelli di subgrid-scale ... 145
6.2.2.1 Il modello Wall-Adapting Local Eddy-Viscosity (WALE) ... 146
6.2.2.2 Il modello Dynamic Kinetic Energy Subgrid-Scale (DKE) ... 147
6.2.3 Le condizioni al contorno in ingresso ... 149
6.2.4 Caratterizzazione numerica del flusso vicino ai contorni solidi per le simulazioni LES ... 150
6.2.4.1 Discretizzazione e soluzione dello strato limite turbolento all’interno di una simulazione LES ... 150
6.3 Lo schema di avanzamento temporale ... 152
7 Risultati delle simulazioni Large Eddy ... 154
7.1 Impostazioni generali del solutore aerodinamico e definizione dei coefficienti adimensionali ... 156
7.1.1 Le impostazioni del solutore ... 156
7.1.2 I coefficienti adimensionali ... 157
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7.2 Analisi dei risultati - modello di subgrid-scale WALE, mesh T1 e T2 ... 158
7.2.1 Gli andamenti dei coefficienti adimensionali - WALE ... 158
7.2.2 Visualizzazioni del campo di velocità, dei coefficienti di pressione e dei valori della y+ - WALE ... 167
7.3 Analisi dei risultati - modello di subgrid-scale DKE, mesh T1 e T2 ... 179
7.3.1 Gli andamenti dei coefficienti adimensionali - DKE ... 179
7.3.2 Visualizzazioni del campo di velocità, dei coefficienti di pressione e dei valori della y+ - DKE ... 188
7.4 Analisi comparativa dei modelli di subgrid-scale con le mesh T1 e T2 ... 200
8 Conclusioni e sviluppi futuri ... 204
8.1 Conclusioni ... 204
8.1 Sviluppi futuri ... 207
Bibliografia ... 209
Ringraziamenti ... 210
