Development and Validation of an Immersed-Boundary Method for Viscous Flows

Nel presente lavoro di tesi ci si è posti l’obiettivo di implementare e convalidare la parte di codice del solutore Immerflow, basato sul Metodo Immersed-Boundary e sviluppato dall’azienda ospitante OPTIMAD Engineering Srl, dedicata alla risoluzione di campo fluidodinamici viscosi e turbolenti. Il suddetto lavoro viene, per comodità, suddiviso in due parti. La prima parte, incentrata sul lavoro di ricerca bibliografica e analisi degli articoli presenti in letteratura, si è basata sullo studio e sulla comprensione del Metodo Immersed-Boundary – sviluppo – caratteristiche principali e motivazioni per le quali risulta essere più conveniente di altri metodi presenti in letteratura. In seguito, considerato l’obiettivo di questo lavoro di tesi, lo studio delle equazioni R.A.N.S. per la risoluzione dei flussi turbolenti e viscosi ponendo particolare attenzione al modello Negative Spalart – Allmaras, implementato all’interno del solutore Immerflow adottato per le simulazioni riportate in questa tesi. A conclusione di questa prima parte, un’analisi dettagliata del suddetto solutore e delle sue caratteristiche attraverso uno studio accurato del codice ad esso associato. La seconda parte della tesi è incentrata sull’implementazione – generazione e successiva analisi di due test-case relativi rispettivamente ad un caso subsonico e ad uno transonico, per la validazione del modello Negative Spalart – Allmaras, in presenza di griglie OCTREE. Il primo test-case che si è scelti di replicare è relativo ad una placca piana investita da una corrente subsonica. Ne viene presentata l’implementazione generale – la generazione della geometria e della griglia cartesiana, scelta dello schema di integrazione temporale e del relativo timestepping e del metodo di discretizzazione spaziale, fino a concludere con l’inizializzazione delle condizioni di flusso all’infinito a monte e delle relative condizioni al contorno necessarie ai fini della simulazione. I risultati ottenuti, in particolare coefficiente d’attrito a parete – andamento viscosità dinamica turbolenta – profilo di velocità in due punti caratteristici individuati dal paper di riferimento, vengono analizzati tramite l’utilizzo del software ParaView e ne viene effettuato il confronto con i corrispettivi ottenuti dai test contenuti nel website della NASA. Contemporaneamente si è proceduti all’analisi di un secondo test-case relativo al profilo alare RAE-2822 in campo transonico. Anche in questo caso se ne sono analizzate le condizioni all’infinito a monte e ai bordi del dominio computazionale – la generazione della griglia cartesiana e della geometria – le condizioni al contorno associate e la loro inizializzazione – schema di integrazione temporale e discretizzazione spaziale. I risultati, principalmente relativi all’andamento delle linee Iso-Mach – Iso-Pressione e alla distribuzione del coefficiente di pressione sul profilo alare, vengono analizzati tramite il software ParaView e confrontati con il relativo test-case sviluppato anch’esso dalla NASA.