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Conclusioni e sviluppi futuri
8.1 Conclusioni
Il lavoro svolto nell’ambito della tesi ha condotto ad interessanti risultati legati alle capacità predittive del software Fluent.
Il confronto sistematico con un’ampia e dettagliata raccolta di dati sperimentali [1] è stato senza dubbio utile a definire l’effettiva efficacia di determinate simulazioni CFD nello studio dell’aerodinamica dei corpi tozzi in cui la separazione del flusso non è fissata dalla geometria dei corpi in esame, e a fornire all’ufficio CFD della Dallara Engineering utili informazioni sia sul comportamento dei modelli numerici di comune uso industriale che su determinate strategie di generazione delle griglie di calcolo.
Si è inoltre cercato di sviluppare un metodo valido per riuscire ad individuare, in modo corretto e soprattutto facilmente riproducibile, i punti di separazione del flusso su superfici curve che presentano raggi di raccordo ampi.
Il presente lavoro di tesi ha dato inoltre la possibilità di poter testare, in anteprima, il codice di calcolo Fluent 12.
Le considerazioni preliminari alla base di questo studio erano due. Si sapeva infatti che simulare un flusso che investe un corpo tozzo tridimensionale
attraverso simulazioni di tipo RANS stazionarie avrebbe potuto creare dei problemi per una sua non corretta rappresentazione alla separazione; d’altro canto però, i risparmi in termini di costi computazionali che tali simulazioni consentono di ottenere, le rendono di largo utilizzo soprattutto in ambito industriale, per cui un attenta indagine sulla loro applicabilità e sui loro limiti era senza dubbio necessaria.
In secondo luogo si è cercato di verificare se il ricorso a simulazioni di tipo Large Eddy, che di fatto simulano il flusso anche attraverso i suoi aspetti tipicamente non stazionari, potesse essere applicabile anche con griglie di calcolo meno raffinate di quelle che solitamente tali simulazioni richiedono. Le simulazioni RANS stazionarie hanno effettivamente dimostrato l’impossibilità di poter riuscire ad individuare il corretto andamento della resistenza di forma degli afterbody all’aumentare del raggio di raccordo delle loro superfici.
Tali andamenti, calcolati con i modelli di turbolenza RSM, RSM modificato, Realizable k-߳ ed SST k-߱, utilizzando le mesh con una discretizzazione a parete operata con sette livelli di prismi, sono infatti decrescenti all’aumentare del raggio di raccordo.
Il confronto tra i coefficienti di pressione calcolati nelle simulazioni CFD sulle diverse zone degli afterbody, con quelli derivanti dalle prove sperimentali ha permesso di individuare le cause di questi andamenti.
Infatti, mentre nella realtà i coefficienti di pressione sulle zone soggette al flusso separato si mantengono all’incirca costanti ed in valore negativo, quelli calcolati con le simulazioni RANS stazionarie continuano a crescere su tali zone, raggiungendo per i casi con i raggi di raccordo più ampi addirittura valori positivi.
Inoltre, l’entità crescente delle aspirazioni con l’aumentare del valore del raggio di raccordo delle superfici curve degli afterbody, che nella realtà gioca un ruolo fondamentale nell’instaurare le condizioni per la comparsa della geometria critica, sebbene sovrastimata nelle simulazioni CFD, viene in parte compensata proprio dagli aumenti dei coefficienti di pressione nelle zone in cui il flusso è separato.
Un ulteriore aspetto interessante è che i picchi di aspirazione nelle simulazioni RANS stazionarie sono sempre collocati nella primissima parte delle superfici curve dei raccordi, e sicuramente più a monte di quelli calcolati in galleria del vento, per cui la proiezione nella direzione del flusso delle forze a cui essi danno luogo è molto piccola.
Le simulazioni RANS con i modelli di turbolenza SST k-߱ e RSM low-Re stress-omega, condotte utilizzando le mesh con trenta livelli di prismi nelle zone in cui è confinato lo strato limite, hanno dimostrato per alcuni casi una migliore valutazione dell’entità dei picchi di aspirazione ma non della loro posizione ne tantomeno degli andamenti della resistenza di forma degli afterbody.
L’utilizzo di mesh così fitte nei pressi dei contorni solidi dei corpi determina infatti generalmente un anticipo della separazione del flusso e una sottostima dei coefficienti di resistenza di attrito.
Tale anticipo della separazione è probabilmente connesso al forte allungamento nella direzione del flusso degli elementi prismatici che le costituiscono.
Lo studio condotto utilizzando le simulazioni Large Eddy, proprio per il suo carattere prettamente preliminare e che si inserisce in una più ampia campagna di prove voluta dall’ufficio CFD della Dallara Engineering, ha portato ad utili sviluppi in merito alla generazione delle mesh da utilizzare con questo tipo di simulazioni.
L’adozione infatti di mesh di comune impiego nelle simulazioni RANS anche per le simulazioni LES produce una forte sovrastima dei coefficienti di resistenza di forma degli afterbody.
La non adeguata discretizzazione delle zone prossime agli afterbody, ovvero delle zone a maggiore concentrazione delle strutture vorticose più grandi si manifesta in un anticipo della separazione molto marcato, e quindi nella quasi totale assenza dei recuperi di pressione sulle superfici curve degli afterbody.
A parziale conferma delle sicure potenzialità di questo tipo di simulazioni, a patto di utilizzare mesh adeguate soprattutto nelle zone di flusso separato, vi
è la buona stima, anche nelle simulazione condotte nel presente lavoro, delle aspirazioni sugli afterbody e una migliore valutazione della posizione dei picchi di aspirazione.
8.1 Sviluppi futuri
L’analisi svolta ha fornito interessanti spunti di riflessione e molti aspetti dello studio hanno mostrato promettenti vie di sviluppo soprattutto nell’ottica di una loro applicazione in ambito industriale.
Sarebbe senz’altro interessante poter procedere alla generazione di griglie di calcolo superficiali più fitte nelle zone in cui è prevista la separazione del flusso.
L’intento sarebbe quello di riuscire così ad estrudere da queste griglie elementi prismatici di minor allungamento e quindi di maggiore adattabilità alle condizioni di flusso separato.
Tali griglie di calcolo, se utilizzate all’interno di simulazioni RANS stazionarie, non riuscirebbero a sopperire ai problemi connessi alla non stazionarietà del flusso in esame, ma certamente potrebbero fornire una più corretta valutazione ad esempio delle aspirazioni sulle superfici curve dei corpi in esame.
Le vie di sviluppo e di studio in merito alle simulazioni Large Eddy sono molteplici.
In questo caso l’adozione di griglie di calcolo più fitte è un’assoluta necessità se si vuole riuscire a simulare in modo corretto le caratteristiche e la dinamica delle strutture vorticose più grandi.
Si potrebbe inoltre procedere allo sviluppo di apposite metodologie di generazione delle griglie di calcolo, mirate a discretizzare in modo migliore le zone in cui è prevista la presenza del flusso separato e del conseguente shear layer, e all’utilizzo in queste griglie di elementi esaedrici o poliedrici. Nell’ottica inoltre di una più ampia campagna di simulazioni Large Eddy sarebbe auspicabile un’analisi di sensibilità all’ampiezza del passo di
avanzamento temporale (time step) ed un’analisi in frequenza delle grandezze aerodinamiche.
