99563 - TURBULENCE MODELING M

Conoscenze e abilità da conseguire

L'insegnamento ha la finalità di completare le conoscenze di base relative al moto turbolento di un fluido in applicazioni caratteristiche dell'ingegneria energetica. In particolare, si analizzano situazioni di turbolenza dinamica e termica nei flussi liberi e confinati da parete che sono di interesse industriale. L'insegnamento prevede anche l'introduzione di tecniche numeriche avanzate utilizzate per la soluzione di equazioni di conservazione di tipo diffusivo-convettivo a cui appartengono vari modelli di turbolenza. Al termine del corso lo studente acquisisce conoscenze riguardanti l'uso dei modelli di turbolenza in simulazioni numeriche di tipo DNS, LES e RANS per flussi incomprimibili.

Contenuti

Il corso, diviso in due moduli (modulo I (lezione) e modulo II (tutorial in laboratorio)) illustra i modelli di turbolenza utilizzati in ambitoindustriale. Il corso ha lezioni in aula e in laboratorio. Le lezioni in aula riguardano la teoria rilevante per la comprensione della turbolenza e dei modelli utilizzati nelle applicazioni industriali. I tutorial in laboratorio permettono allo studente di capire direttamente i vari modelli che sono stati creati per la simulazione computazionale di questo fenomeno.

Modulo 1 (Prof. Manservisi)

Parte 1 - Introduzione

Flussi turbolenti.
Equazioni di conservazione per flussi incomprimibili: conservazione della massa, conservazione del momento, conservazione dell'energia, approssimazione di Oberbeck-Boussinesq.

Equazioni DNS (Simulazione Numerica Diretta). Definizioni statistiche di base, variabili random, vettori random, descrizione statistica di flussi turbolenti.

Equazioni LES (Simulazione con Grandi Vortici). Concetti di base del LES. Filtraggio e equazioni LES.

Equazioni RANS (Navier-Stokes mediato alla Reynolds). Le equazioni di Navier-Stokes mediate alla Reynolds, equazione dell'energia mediata alla Reynolds, il problema della chiusura della turbolenza.

Turbolenza alla parete. Moto in canale, moto in condotta, legge della parete per la velocità, legge della parete per la temperatura.

Parte 2 - Modellazione della turbolenza

Modelli LES. Concettti di base della modellazione LES. Modello di Smagorinsky-Lilly, modelli sotto-griglia.

Modelli basati sulla viscosità dei vortici. il modello k-ε, il modello k-ω, trattamento della turbolenza vicino alla parete e condizioni al bordo turbolente.

Modelli basati sulla diffusività termica dei vortici. Il modello kθ-εθ, il modello kθ-ωθ, trattamento alla parete della turbolenza termica.

Modelli algebrici. Modelli con sforzi algebrici e flusso termico esplicito algebrico.

 

Modulo 2 (Prof. Cervone)

Parte 3 - Introduzione ai metodi numerici per CFD

• discretizazzione nello spazio di Equazioni Differenziali alle Derivate Parziali
• discretizzazione in tempo di EDP dominate dalla convezione
• discretizazione combinata in spazio/tempo
• tecniche sopravento
  

Parte 4 - Simulazione in laboratorio

Concetti di base per la simulazione CFD di moti turbolenti. Scelta dei parametri di simulazione, dei criteri di risoluzione numerica, della risoluzione alla parete.

Le simulazioni in laboratorio sono realizzate con pacchetti open-source:

- python (simulazione CFD a volumi finiti)

- Libmesh (elementi finitri con modelli di turbolenza sviluppati in casa)

- OpenFOAM (turbolenza RANS)

Testi/Bibliografia

Il coros è basato sulle note del docente. Le note e le diapositive sono disponibili su https://virtuale.unibo.it

Metodi didattici

Lezioni in aula tradizionali e tutorial in laboratorio.

Materiale di insegnamento: il meteriale di insegnamento presentato in aula sarà disponibile allo studento in forma elettronica via internet. Per ottenere il maeriale didattico: https://virtuale.unibo.it

In considerazione della tipologia di attività e dei metodi didattici adottati, la frequenza di questa attività formativa richiede la preventiva partecipazione di tutti gli studenti ai moduli 1 e 2 di formazione sulla sicurezza nei luoghi di studio, [https://elearning-sicurezza.unibo.it/] in modalità e-learning

Modalità di verifica e valutazione dell'apprendimento

Modulo 1

L'esame consiste in una prova scritta con tre domande: una domanda relativa alle equazioni della turbolenza (parte 1) e due domande sulla modellazione della turbolenza (parte 2).

Modulo 2

L'esame consiste nel presentare oralmente un progetto sviluppato dallo studente su simulazione CFD di un caso turbolento (sulla falsariga dei turorial della parte 4).

Strumenti a supporto della didattica

Personal computer e/o computer in laboratorio.

Orario di ricevimento

Consulta il sito web di Sandro Manservisi

Consulta il sito web di Antonio Cervone