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OMPUTATIONAL FLUID DYNAMICS
PER APPLICAZIONI AEROSPAZIALI
Il settore aerospaziale è da sempre uno dei campi scientifici in cui le simulazioni numeriche sono applicate con successo ed efficacia. In molti casi (flussi ipersonici, accensione di razzi a combustibile solido) è difficile estrarre tutte le informazioni utili dagli esperimenti, che comportano notevoli pericoli e costi. L’elevato in-teresse ingegneristico applicativo richiede attenzione all’ottimizzazione dei workflow utili a pilotare i processi di progettazione e assessment di prodotto.
Offerta
Il CASPUR è in grado di fornire alla comunità aerospaziale un’ampia gamma di competenze, che spazia dall’ottimizza zione dei codici numerici, grazie alla conoscenza dei principali modelli di turbolenza e schemi numerici, alla loro parallelizzazione e adattamento alle più avanzate piattaforme di calcolo disponibili, e.g. Graphics Processing Unit (GPU). Sono inoltre messi a disposizione e supportati i principali software di comu-nità (come OpenFoam) e gli strumenti utili per la visualizzazione e l’analisi dei dati (come Visit, Tecplot e Paraview). Il CASPUR supporta, inoltre, le comunità di ricerca fornendo servizi di collaborazione on-line (per esempio wiki, mailing list, strumenti per la gestione e lo sviluppo di codici) e di condivisione dei dati di si-mulazione.
Collaborazioni
Tra i principali progetti di collaborazione in questo campo è possibile ricordare:
• Flussi supersonici (Dott. M. Bernardini, Prof. S. Pirozzoli), il cui obiettivo è la simulazione numerica diretta di grande scala di flussi turbolenti (strati limite, mixing-layers) in regime transonico/supersonico, anche in presenza di onde d’urto, con lo scopo di mettere in luce gli effetti della comprimibilità sulla dinamica del flusso e di realizzare un ampio database di riferimento per la modellistica della turbolenza di flussi supersonici in condizioni lontane dall’equilibrio. Con il supporto del personale del CASPUR, si è realizzata una versione del codice capace di sfruttare le potenzialità degli acceleratori grafici (GPU). Utilizzando il paradigma CUDA, particolare cura è stata rivolta all’ot-timizzazione sia del flusso delle operazioni floating-point, che della gestione della memoria. Questo ha permesso al codice che si avvale della GPU di raggiungere dei significativi speed-up rispetto alla versione che utilizza pro-cessori general-purpose.
• Studio di flussi interni ed esterni per applicazioni spaziali (Prof. F. Nasuti, Prof. R. Paciorri, Ph.D. M. Pizzarelli) mediante un software di simulazione messo a punto dal gruppo. In particolare si è simulato, su scala reale, il flusso di refrigeranti nei canali di raffreddamento di endoreattori a propellente liquido (elevato numero di Reynolds). • Aereoacustica (Prof. U. Iemma), il cui scopo è quello di migliorare le tecniche numeriche e semplificare il workflow
di assessment delle emissioni acustiche di aeromobili, treni e autoveicoli. La diminuzione delle emissioni acustiche è ritenuta uno degli elementi fondamentali nella riduzione dell’impatto ambientale dei mezzi di trasporto, sia per ragioni di efficienza energetica, perché tali emissioni costituiscono una dispersione di energia non trascurabile nel bilancio totale, sia per migliorare la qualità della vita della popolazione residente in aree interessate dal passaggio dei veicoli.
ANNU
AL REPOR
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95 Gruppo HPC Fluidodinamica e Fisica Giorgio Amati g.amati@caspur.it Michela Botti m.botti@caspur.it Federico Massaioli f.massaioli@caspur.it Marco Rorro m.rorro@caspur.it Francesco Salvadore f.salvadore@caspur.it• Flussi in turbopompe (Prof. M.V. Salvetti), il cui obiettivo è la simulazione del flusso all’interno di una turbopompa e dei fenomeni di cavitazione che causano sia la perdita di prestazioni del motore sia significative inefficienze energetiche.
• Analisi dell’accensione dell’n-eptano in regime di Coefficiente di Temperatura Negativo (Dott. A. Viggiano, Prof. V. Magi), progetto in cui si sta utilizzando un modello cinetico più det-tagliato di quelli adoperati finora, per comprendere meglio i fenomeni fluidodinamici che in-fluenzano profondamente l’efficienza energetica e l’impatto ambientale dei generatori a combustione.
Risultati
I lavori prodotti al CASPUR hanno avuto un notevole impatto nella comunità scientifica, come dimostrato dalle numerose pubblicazioni, e molti degli studi intrapresi continueranno nel 2012. Il porting su architettura GPU di un codice di simulazione di flussi comprimibili ha permesso di evidenziare le grandi potenzialità delle nuove tecnologie informatiche, indiriz-zando verso futuri trend di sviluppo per risolvere problemi fisici ad elevato numero di gradi di libertà. Inoltre, la comunità italiana LES-in-Italy dei ricercatori interessati alla Large Eddy Simulation (LES) ha trovato un punto di aggregazione nei servizi di collaborazione on-line offerti dal Consorzio.
Bibliografia essenziale
Denaro, F., et al. (2011). A comparative test for assessing the performances of large-eddy simulation codes. AIMETA conference.
Tordella, D., Iovieno, M. (2012). Decaying turbulence: What happens when the correlation length varies spatially in two adjacent zones. Physica D: Nonlinear Phenomena 241(3), 178-185. Viggiano, A., et al. (2010). Exploring the Effect of Fluid Dynamics and Kinetic Mechanisms on n-Heptane
Autoignition in Transient Jets. Combustion and Flame 157(2), 328-340.
Bernardini, M., Pirozzoli, S., Grasso, F. (2011). The wall pressure signature of transonic shock/boundary layer interaction. Journal of Fluid Mechanics 671.
Pirozzoli, S., Bernardini, M., Orlandi, P. (2011). Large-scale motions and inner/outer layer interactions in turbulent Couette-Poiseuille flows. Journal of Fluid Mechanics 680.
Pirozzoli, S., Bernardini, M. (2011). Direct Numerical Simulation Database for Impinging Shock Wave/Turbulent Boundary-Layer Interaction. AIAA Journal 49, 1307-1312.
Pizzarelli, M., Nasuti, F., Onofri, M. (2011). Analysis of Curved Cooling Channel Flow and Heat Transfer in Rocket Engines.Journal of Propulsion and Power 27(5), 1045-1053.
