I.1 Generalità sulla progettazione dei kayak...8

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INDICE

GLOSSARIO ...4

INTRODUZIONE...8

I.1 Generalità sulla progettazione dei kayak...8

I.2 Il kayak nelle competizioni ...9

I.3 Scopo dello studio ...10

Capitolo 1 Navigazione del kayak ...12

1.1. Condizioni operative di navigazione ...12

1.2. Parametri progettuali del kayak...12

1.2.1. La lunghezza dello scafo ...13

1.2.2. La “Deadwood” ...13

1.2.3. Effetto della forma...15

1.2.4. Coefficiente longitudinale ...16

1.2.5. Coefficiente prismatico...16

1.2.6. Rapporto Peso/Lunghezza (“Displacement/Length”) ...17

1.2.7. Larghezza (“Beam”) ...17

1.2.8. Coefficiente della sezione a metà kayak (“Mid-ship coefficient”)...18

1.3. Descrizione del kayak K1...18

Capitolo 2 La generazione del moto ondoso ...20

2.1. Generalità ...20

2.2. Resistenza Viscosa (R

) ...25

2.2.1. Coefficiente di resistenza viscosa...26

2.3. Wave Making Resistance ...28

Capitolo 3 Procedimento di costruzione del modello tridimensionale...33

3.1. Passaggio dall’oggetto reale al modello virtuale...33

3.2. Acquisizione delle superfici per scansione ottica...35

3.2.1. Generalità sulla tecnica di Reverse Engineering ...35

3.2.2. Descrizione del sistema di scansione...36

3.3. Applicazione al kayak ...38

3.4. Elaborazione CAD...41

3.5. Calcolo della linea di galleggiamento ...44

3.6. Descrizione del kayak...47

Capitolo 4 Il modello CFD ...51

4.1. Equazioni di bilancio...51

4.1.1. Equazione di conservazione della massa...52

4.1.2. Equazione di conservazione della quantità di moto. ...52

4.2. La turbolenza ...53

4.2.1. Le equazioni della turbolenza...55

4.2.2. Il modello k-ω...57

4.3. Modello “Multiphase”. ...58

4.4. Il Modello numerico ...60

4.4.1. Generalità ...60

4.4.2. Schemi di applicazione VOF...61

4.4.3. Schema Implicito...61

2

4.4.4. Effetto della tensione superficiale ...62

4.5. Formulazione del modello numerico del kayak. ...64

Capitolo 5 Creazione del modello per l’analisi CFD...66

5.1. Generalità ...66

5.2. Creazione della griglia...66

5.2.1. Importazione del modello Pro-E ...66

5.2.2. Creazione del dominio fluido ...68

5.2.2.1. Scelta dei volumi...68

5.2.2.2. Presenza del piano di galleggiamento...70

5.2.2.3. Ottimizzazione del dominio...73

5.2.3. Fase di mesh ...77

5.2.3.1. Mesh del kayak ...77

5.2.3.2. Mesh del dominio fluido...79

5.3. Costruzione del modello con piano di galleggiamento ...80

5.4. Condizioni al contorno ...83

Capitolo 6 Definizione della tensione superficiale e del piano di divisione sul calcolo ...86

6.1. Considerazioni preliminari ...86

6.2. Casi preliminari ...86

6.3. Modello aria-acqua...87

6.4. Caso della sfera...101

6.4.1. Sequenza della simulazione...102

6.4.2. Influenza del piano di galleggiamento...105

6.4.2.1. Pressione ...105

6.4.2.2. Velocità ...108

6.4.2.3. Fasi...109

6.4.3. Resistenza all’avanzamento...117

6.4.4. Modello con piano di simmetria...120

6.5. Conclusioni...123

Capitolo 7 Impostazione del modello numerico ...124

7.1. Differenze fra i due modelli...124

7.2. Generalità ...127

7.3. Inserimento dei dati ...128

7.3.1. Definizione del modello ...128

7.3.2. Caratteristiche dei fluidi ...131

7.3.3. Condizioni operative (“Operating conditions”)...133

7.3.4. Condizioni al contorno (“Boundary Conditions”)...134

7.3.5. Parametri di controllo della soluzione (“Controls Solution”) ...137

7.3.6. Grandezze monitorate...138

7.3.7. Inizializzazione...141

7.4. Parametri di riferimento ...141

7.5. Fase di simulazione ...143

7.6. Tempi di calcolo ...145

Capitolo 8 Risultati delle simulazioni...147

8.1. Contenuti generali ...147

8.2. Coefficiente di drag ...147

8.3. Resistenza all’avanzamento...150

3

8.3.1. Impostazione laminare bifase ...151

8.3.2. Impostazione turbolenta bifase...151

8.4. Resistenza dell’onda (“Wave Making Resistance”)...153

8.4.1. Introduzione ai fenomeni osservati ...153

8.4.2. Analisi quantitativa del WMR...163

8.4.2.1. Soluzione dell’energia potenziale ...164

8.4.2.2. Soluzione del bilancio di Potenza ...168

8.5. Risultati conclusivi ...171

CONCLUSIONI ...172

BIBLIOGRAFIA ...174

APPENDICE A...175

Analisi preliminare 2D...175

A.1. Generalità ...175

A.2. Descrizione del modello ...175

A.3. Confronto fra le griglie...176

A.3.1. Sensibilità all’ampiezza della griglia...176

A.3.2. Sensibilità all’infittimento della griglia...182