Capitolo 1 Introduzione
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CAPITOLO 1
INTRODUZIONE
La corretta valutazione degli effetti della turbolenza è uno dei fattori più importanti per il successo di una simulazione fluidodinamica. Negli ultimi decenni molti sforzi sono stati fatti in ambito di ricerca per comprenderne a fondo gli aspetti fisici e per formulare modelli matematici adeguati.
Allo stato attuale le potenze di calcolo disponibili non permettono la simulazione diretta e completa di un flusso turbolento, ma rendono necessario l’utilizzo di modelli semplificati con approcci di tipo statistico. Tali semplificazioni hanno purtroppo effetti molto pesanti in quanto la turbolenza è di per sé un fenomeno caotico e pertanto molto sensibile a ogni tipo di perturbazione.
La presente tesi di laurea è volta ad analizzare il comportamento di alcuni modelli, relativamente recenti, che dovrebbero rappresentare un significativo passo in avanti rispetto a quelli più tradizionali. Il lavoro è stato svolto da Aprile a Settembre 2007 presso il Reparto Aerodinamica della Gestione Sportiva Ferrari, interessata ad uno studio preliminare di tali modelli in vista di un loro possibile utilizzo nello sviluppo della monoposto di F1. La Scuderia ha messo a disposizione una parte delle proprie impressionanti risorse computazionali, che sono sicuramente tra le più avanzate al mondo e che hanno permesso l’utilizzo di griglie di calcolo sufficientemente raffinate.
Lo studio si è prevalentemente incentrato su una famiglia di modelli basata su un approccio ibrido che prende il nome di DES (Detached Eddy Simulation). Una seconda parte è relativa ad un ulteriore modello, reso disponibile dalla Fluent solo ad Agosto e provato in assoluta anteprima, che tiene conto della transizione laminare-turbolento dello strato limite. I dettagli teorici sono forniti nel capitolo 2.
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Il piano iniziale prevedeva la sperimentazione della DES su una semplice geometria alare che identificheremo come Ala A. Tale geometria si è però rivelata troppo onerosa dal punto di vista computazionale, costringendoci a passare ad una versione di scala ridotta (Ala B).
Il modello è stato provato invece su due distinte geometrie: la già citata ala A ed un’altra che chiameremo ala C. Prove preliminari sono state effettuate in tutti e tre i casi con il modello RSM, per avere una base di confronto ottenuta in condizioni note.
Il lavoro si è presentato complesso ed articolato: molte simulazioni con i diversi modelli si sono svolte in parallelo; addirittura, come sarà spiegato al momento opportuno, alcune decisioni relative allo studio DES sono state prese dopo aver visionato i primi risultati del modello di transizione. Da questo punto di vista l’ambiente Ferrari si è dimostrato molto attento e dinamico, consentendo di prendere in fretta le decisioni giuste e di portare a termine il lavoro in maniera organica e completa.
Per la stesura della tesi si è scelto di ordinare i capitoli per argomento, in modo da dare una chiara analisi dei risultati ottenuti e cercando inoltre di rispettare per quanto possibile una sequenza cronologica.
Il capitolo 3 parla delle prove preliminari RSM sull’ala A. Alcune di esse si sono rivelate utili come base di confronto per il modello di transizione, altre sono rimaste fini a se stesse per via del già citato cambio di strategia, ma sono comunque interessanti: in particolare sono stati messi in evidenza gli effetti sulla soluzione sia della comprimibilità che della non stazionarietà.
Il capitolo 4 è dedicato all’impostazione del lavoro e alle scelte preliminari relative allo studio dei modelli DES.
Nel capitolo 5 sono invece riportati in maniera dettagliata i risultati dello studio: si tratta della parte più corposa della tesi e ne occupa più del 50%. Sono stati effettuati numerosi confronti tra le varie soluzioni ottenute, mettendo in evidenza alcuni comportamenti che sono emersi in maniera chiara e che
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potrebbero costituire la base di eventuali indagini future. I riscontri non sono stati del tutto positivi in alcuni casi, ma in altri i modelli hanno dimostrato delle buone potenzialità rispetto ai tradizionali approcci RANS, e probabilmente si sarebbero espressi al meglio su griglie ancora più raffinate.
Il capitolo 6 tratta invece delle simulazioni col modello di transizione sull’ala C. I risultati sono stati quasi completamente negativi, tuttavia le prove hanno avuto diversi meriti, primo fra tutti la messa a punto di una strategia di generazione della mesh più appropriata grazie ad un colloquio con lo stesso autore del modello, l’ing. Florian Menter, che era presente alla Ferrari in occasione un incontro tecnico.
Tale strategia ha permesso di ottenere risultati per certi versi ottimi nelle pur brevi prove effettuate sull’ala A, riassunte nel capitolo 7. I riscontri in alcuni casi sono stati addirittura sorprendenti, in altri si sono evidenziati dei problemi legati forse alle tolleranze del software di generazione della griglia, che non abbiamo potuto risolvere perché giunti al termine del periodo previsto per lo stage.
