103321 - TERMOFLUIDODINAMICA NUMERICA + FLUIDODINAMICA NUMERICA APPLICATA ALLE MACCHINE

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Insegnamento raggruppato: 015516 - TERMOFLUIDODINAMICA NUMERICA
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Introduzione alle leggi del moto dei fluidi. Conservazione della massa. Conservazione dell’energia. Conservazione della quantità di moto. L’analisi dimensionale.
La turbolenza e i suoi modelli. Caratteristiche generali della turbolenza: decomposizione e fluttuazioni, la cascata di Kolmogorov, spettri della turbolenza, strutture coerenti. Modelli di turbolenza basati su medie temporali: aspetti generali, modelli a viscosità turbolenta, il modello k-epsilon e le sue varianti, condizioni al contorno e funzioni di parete. (7 ore)
Metodi numerici in termofluidodinamica computazionale (CFD). Approcci discreti.
Il metodo delle differenze finite (FDM). Sostituzione dell’equazioni differenziali con un sistema di equazioni algebrico lineare. Metodi di soluzione dei sistemi di equazioni lineari: metodi diretti, metodi iterativi.
Il metodo dei residui pesati.
Il metodo degli elementi finiti (FEM).
Il metodo dei volumi finti (FVM) per fluidi incomprimibili. Introduzione: l’equazione di trasporto; la griglia di calcolo; discretizzazione spaziale; integrazione temporale. La procedura ai volumi finiti: il metodo SIMPLE e le sue varianti SIMPLEC e SIMPLEX.
Esercitazioni (30 ore).

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Insegnamento raggruppato: 103320 - FLUIDODINAMICA NUMERICA APPLICATA ALLE MACCHINE
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Equazioni di conservazione: richiami (continuità, qu. di moto, energia). Equazioni di stato. Strato limite e concetti di flusso rotazionale e irrotazionale. (5h)
Introduzione alla CFD applicata. Il processo di gestione di una simulazione CFD in generale e di dettaglio. (2.5 h)
Geometria. Generazione e importazione. Pulizia: concetti di dirty geometry, defeaturing, repairing, subtraction. (2.5 h)
Mesh. Tipologia, topologia, caratteristiche, qualità. Griglie strutturate e non strutturate e criteri di generazione. Griglie dinamiche e tecniche di mesh morphing. Gestione dello strato limite. Analisi di indipendenza alla griglia (Grid Convergence Index) (5 h)
Pre-processing. I modelli di soluzione. La turbolenza e modelli di turbolenza. Funzioni di parete. Legame tra mesh e modello di turbolenza. Modelli multifase: Euleriano-Euleriano (VOF), Euleriano-Lagrangiano (Bilancio delle forze). Modelli di scambio termico: Conjugate Heat transfer, Natural Convection, Radiation models. Porous models (7.5 h)
Impostazione delle condizioni al contorno (BC): posizionamento, tipologie e parametri di calcolo, BC fluidodinamiche, BC della turbolenza, BC dello scambio termico. Interfacce (GGI). (2.5 h)
Risolutore. richiamo sugli schemi di risoluzione (First-Order (Upwind) e Second-Order). Criteri di convergenza. Residui sulle equazioni di conservazione. Punti di monitoraggio e parametri globali. (2.5 h)
Risoluzione del problema fluidodinamico dipendente dal tempo (simulazione transitoria) (2.5 h)
Post-processing. Visualizzazioni: streamline, vector plot, contour plot, isosurface. Richiamo alle operazioni di media. Calcolo dei parametri integrali. (5 h).
Esercitazione assistita al calcolatore. Sviluppo di un progetto completo di verifica CFD di una macchina o di un sistema energetico (25 h).