Caratterizzazione di un eiettore supersonico per mezzo di simulazioni RANS = Numerical characterization of a supersonic ejector through RANS simulations

Gli eiettori supersonici sono dispositivi privi di parti in movimento che, grazie ai bassi costi di manutenzione e alla semplicità meccanica dei componenti, rappresentano una valida alternativa ai tradizionali compressori. La loro versatilità li rende adatti a varie applicazioni, tra le quali la refrigerazione, generazione di vuoto e sistemi di spillamento di aria. Il funzionamento dell’eiettore si basa su un flusso primario, caratterizzato da alte condizioni di ristagno, accelerato a velocità supersoniche per indurre l’aspirazione di un flusso secondario, con basse condizioni di ristagno. L’interazione tra i due flussi genera la combinazione di effetti di compressione, entrainment e miscelazione, che danno vita a fenomeni fluidodinamici complessi. Lo studio presentato si sviluppa nel contesto del progetto EJEMOND, con l’intento di fornire una dettagliata analisi numerica (CFD) riguardo il comportamento del flusso interno all’eiettore, fornendo dati utilizzabili per il proseguo del lavoro di Jan Van de Berghe e del professore Miguel Alfonso Mendez, relativo alla definizione di modelli analitici di basso ordine. Lo studio si pone l’obiettivo iniziale di valutare il migliore approccio per la definizione della mesh, confrontando l’approccio wall-modeled ($y^+$ > 30) con quello wall resolved ($y^+$ < 5). Dopo aver valutato il metodo che offre il miglior compromesso tra accuratezza numerica e costo computazionale, si estende la trattazione alla caratterizzazione del comportamento del flusso interno all’eiettore. Simulazioni RANS, relative ad una totalità di quattro campagne alle stesse condizioni degli esperimenti, vengono condotte utilizzando il software commerciale openFOAM v9. Ogni campagna si caratterizza di un differente rapporto di pressione totale all’inlet, permettendo l’analisi della risposta dell’eiettore a varie condizioni operative. I risultati ottenuti sono stati opportunamente esaminati per valutare l’impatto della variazione delle condizioni operative sulla topologia del flusso e sulle prestazioni dell’eiettore, supportando l’analisi numerica attraverso il confronto con i dati sperimentali.