Large Eddy Simulation of an injection system in a combustion chamber using Static Mesh Refinement.

Sin dal suo impiego su larga scala negli anni '40, l'elicottero si è distinto per le sue capacità operative uniche e il suo ruolo prezioso nei settori civile e militare. La crescente consapevolezza della questione ambientale ha incoraggiato aziende ed enti di ricerca ad impegnarsi per una riduzione delle emissioni inquinanti di tali velivoli. Una soluzione promettente è l’uso della combustione in regime povero nei motori turboalbero. Tuttavia, la progettazione e certificazione di una camera di combustione in regime povero rimane una sfida, poiché sia l’analisi sperimentale che la simulazione numerica mostrano che questa tecnologia è suscettibile a fenomeni indesiderati come l’estinzione in regime povero (LBO). Questa tesi, svolta presso l'azienda Safran Helicopter Engines, s'inserisce nel contesto di perfezionamento della metodologia di calcolo utilizzata per la predizione numerica del limite di estinzione povera di un iniettore di una moderna camera di combustione. A tal fine, è stato utilizzato il codice di calcolo AVBP, basato sulla metodologia Large Eddy Simulation (LES). Nella simulazione della combustione turbolenta, la scelta della griglia computazionale è cruciale. Risultati ad alta fedeltà spesso richiedono griglie sovra-raffinate, con un conseguente aumento del costo computazionale. La principale novità introdotta in questa tesi concerne l'utilizzo della Static Mesh Refinement (SMR) per simulare la LBO. La SMR, una branca della Adaptive Mesh Refinement (AMR), che consiste nell'affinare iterativamente la griglia computazionale tra una simulazione e l'altra, basandosi su criteri rappresentativi di fenomeni fisici d’interesse. Il principio fondamentale di questa metodologia è che la griglia è raffinata nelle aree identificate dai criteri stabiliti, fino a raggiungere il livello di precisione desiderato nei risultati della simulazione, mantenendo al contempo il costo computazionale il più contenuto possibile. In questa tesi, sono stati sviluppati e combinati criteri di affinamento relativi all’aerodinamica, alla combustione e ai flussi bifasici, per creare una procedura di affinamento della griglia da utilizzare nella simulazione del limite di estinzione povera dell'iniettore, per due punti di funzionamento. Nella simulazione del flusso a freddo non reattivo, il raffinamento è stato pilotato da criteri aerodinamici, il che ha permesso di ottenere dei risultati comparabili rispetto ad una griglia densamente raffinata utilizzata come benchmark numerico. In secondo luogo, la procedura di affinamento è stata integrata nella metodologia di simulazione della LBO. Il confronto con la griglia di riferimento ha dimostrato che il limite di estinzione povera può essere accuratamente predetto su una griglia sensibilmente più leggera, in cui il numero di elementi è stato ridotto all'incirca di un fattore 4. Tuttavia, i limiti di estinzione povera predetti numericamente per i due punti di funzionamento presentano una differenza meno marcata rispetto a quanto osservato nell'esperienza APLADOC svolta all'ONERA, possibilmente a causa delle incertezze e delle approssimazioni legate ai modelli utilizzati nella simulazione della LBO.