Lo scopo del'insegnamento è di consentire agli studenti di acquisire una visione critica delle strategie numeriche per la modellizzazione della turbolenza (sia sviluppata che in transizione), sia di tipo RANS che di tipo LES. Il risultato atteso è un conseguente utilizzo maturo di tali strategie numeriche, basato sulla consapevolezza che le simulazioni non sono la realta' ma una sua sofisticata modellazione di essa e, in quanto tale, suscettibile di errori, a volte rilevanti.
Il corso si propone di introdurre i concetti chiave della stabilità idrodinamica e della transizione verso la turbolenza. Lo studio della turbolenza si baserà anche sulle equazioni mediate di Reynolds e della Large-eddy simulation (LES). Verrà inoltre introdotta la filosofia CFD usando il software Ansys Fluent, di cui si illustrerà il funzionamento mediante lezioni frontali in laboratorio informatico.
Corso tenuto in modalità tradizionale mediante lezioni frontali con ampio spazio alle esercitazioni finalizzate a fissare i concetti fondamentali. Sono previste due prove scritte, una a metà corso ed una a fine corso cui seguirà, per gli studenti che passeranno entrambe le prove, una prova orale. I docenti possono essere contattati dagli studenti per domande o richieste di approfondimento nel corso del semestre nelle ore di ufficio o al di fuori previo accordo.
1. Transition to turbulence in shear flows.
2. CFD and turbulence modeling. Introduction to turbulence. Turbulence, does it matter? The nature of turbulence. Wall bounded flows and free shear flows.
3. Length scales in turbulent flows. From Kolmogorov scales to Taylor microscales to integral scales. Energy cascade. Law of the wall. Near wall treatment.
4. Practical turbulence estimates.
5. Governing equations. Reynolds averaging. The Boussinesq hypothesis. Reynolds-averaged Navier-Stokes equations (RANS).
6. Closure problem. Algebraic models. One equation models. Two equation models. Reynolds stress models (RSM). Unsteady RANS simulations (URANS). Wall modeling and wall resolving simulations.
7. Statistical description of turbulence. Descriptive statistics. Joint statistics. One-point correlation. Two-point correlations. Time series. Turbulent kinetic energy spectrum. Power spectrum.
8. Post-processing turbulent simulations. Quantitative and qualitative post-processing. Dealing with steady and unsteady simulations.
9. Beyond the Boussinesq hypothesis, compressibility effects, and multiphase flows. Effect of roughness on the law of the wall.
10. Scale-resolving simulations (SRS). DES, LES, DNS. Wall modeling and wall resolving simulations in SRS.
11. Best practices in CFD and turbulence modeling. Numerical considerations. Validation and verification. Mesh dependency studies. Accuracy and reliability of turbulent simulations.
D. Wilcox. Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries Inc., 2010.
S. Pope. Turbulent Flows. Cambridge University Press, 2000.
P. Bernard. Turbulent Fluid Flow. Wiley, 2019.
M. T. Landahl and E. Mollo-Christensen. Turbulence and Random Processes in Fluid Mechanics. Cambridge University Press, 1992.
H. Tennekes and J. L. Lumley. A First Course in Turbulence. MIT Press, 1972.
P. J. Schmid e D.S. Henningson, Stability and Transition in Shear Flows, Springer, 2001.
U. Frisch, Turbulence, Cambridge Univ. Press. 1995.
JOEL ENRIQUE GUERRERO RIVAS (Presidente)
ALESSANDRO BOTTARO
TURBOLENZA E MODELLI CFD
. A regime, la prova d’esame sarà costituita da una prova scritta e da una orale.
Prova scritta obbligatoria ed orale facoltativo
Propedeuticità :
Conoscenze di base di Meccanica dei Fluidi.
