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TURBOLENZA E MODELLI CFD

CODICE 60487
ANNO ACCADEMICO 2021/2022
CFU
  • 6 cfu al 2° anno di 9270 INGEGNERIA MECCANICA - ENERGIA E AERONAUTICA(LM-33) - GENOVA
  • SETTORE SCIENTIFICO DISCIPLINARE ING-IND/06
    LINGUA Italiano
    SEDE
  • GENOVA
  • PERIODO 2° Semestre
    MATERIALE DIDATTICO AULAWEB

    PRESENTAZIONE

    • L'obiettivo principale del corso è di fornire agli studenti una conoscenza approfondita della modellazione della turbolenza in CFD.
    • Durante il corso si copre il background teorico dei modelli RANS e delle simulazioni tipo DES e LES (simulazioni di risoluzione di scala o scale resolving simulations).
    • Durante il corso copriamo anche argumenti legati all'accuratezza, affidabilità, tecniche di discretizzazione, strategie di soluzione, e migliori pratiche standard in CFD.
    • Durante il corso utilizzeremo il solutore CFD Ansys Fluent (versione per studenti).

    OBIETTIVI E CONTENUTI

    OBIETTIVI FORMATIVI

    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.

    OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

    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.

    PREREQUISITI

    • Conoscenze di base della Meccanica dei Fluidi.
    • Conoscenza di base dei metodi numerici.

    MODALITA' DIDATTICHE

    • Il corso si basa su 60 ore di lezioni frontali.
    • Il programma si articola in lezioni frontali ed esercitazioni guidate. Il 50% delle ore è dedicato alla teoria e l'altro 50% è dedicato alle sessioni pratiche.
    • Il corso è valutato in base a compiti e un progetto finale. Non ci sono esami.
    • I docenti possono essere contattati dagli studenti per domande e chiarimenti durante l'orario di ricevimento.

    PROGRAMMA/CONTENUTO

    Il programma si articola in lezioni frontali ed esercitazioni guidate. Sarà tenuta almeno una lezione su ogni argomento, e per rafforzare le conoscenze acquisite, condurremo simulazioni numeriche usando il solutore CFD Ansys Fluent.

    1. Transizione alla turbolenza.
    2. CFD e modellazione della turbolenza. Introduzione alla turbolenza.
    3. Scale della turbulenza. Dalle scale di Kolmogorov alle microscale di Taylor alle scale integrali. Cascata di energia. Legge di parere.
    4. Stime pratiche delle scale turbulente.
    5. Equazioni di governo. Navier-Stokes e RANS.
    6. Modelli turbulenti. RANS, URANS, RSM. Funzioni di parete.
    7. Post-elaborazione e analisi di simulazioni turbolente - Parte 1. Post-elaborazione statistica. Rivisitazione del concetto di descrizione statistica della turbolenza.
    8. Post-elaborazione e analisi di simulazioni turbolente - Parte 2. Post-elaborazione quantitativo e qualitativo.
    9. Oltre l'ipotesi di Boussinesq, effetti di comprimibilità e flussi multifase. Effetto della rugosità sulla legge di parete.
    10. Simulazioni a risoluzione di scala (scale resolving simulations SRS). DES, LES, DNS.
    11. Pratiche standard in CFD e nella modellazione della turbolenza.

    TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Letteratura consigliata:

    • 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.

    DOCENTI E COMMISSIONI

    Commissione d'esame

    JOEL ENRIQUE GUERRERO RIVAS (Presidente)

    ALESSANDRO BOTTARO

    LEZIONI

    Orari delle lezioni

    TURBOLENZA E MODELLI CFD

    ESAMI

    MODALITA' D'ESAME

    La valutazione finale consiste in un progetto CFD in cui lo studente deve mettere in pratica tutte le conoscenze acquisite. Il progetto da sviluppare deve essere concordato tra l'insegnante e lo studente.

    Presentazione finale/Esame su appuntamento. Data e ora da concordare con il docente.

    MODALITA' DI ACCERTAMENTO

    • Il corso sarà valutato in base a compiti (non più di tre) e un progetto finale.
    • Alla fine del progetto finale è prevista una relazione scritta e una breve presentazione.
    • Sulla base del feedback dell'esaminatore, lo studente avrà l'opportunità una tantum di migliorare la relazione finale.

    Calendario appelli

    Data Ora Luogo Tipologia Note
    17/02/2022 15:00 GENOVA Esame su appuntamento
    29/07/2022 09:00 GENOVA Compitino Turbolenza e modelli CFD - Consegna final project
    29/07/2022 09:00 GENOVA Esame su appuntamento Turbolenza e modelli CFD - Consegna final project
    16/09/2022 15:00 GENOVA Esame su appuntamento

    ALTRE INFORMAZIONI

    Sito del corso
    http://www3.dicca.unige.it/guerrero/teaching_turbulence.html

     

    Per le sessioni pratiche, gli studenti devono portare il proprio computer con tutto il software installato. Il software da utilizzare è gratuito e può essere scaricato dai link forniti.

    Ansys Fluent student version (version 2021R1 and up) – CFD solver (only Windows).
    https://www.ansys.com/academic/free-student-products

    Anaconda Python (Python distribution 3.7) – Data analysis (and more).
    https://www.anaconda.com/distribution/

    Paraview (version 5.6 and up; however, I recommend version 5.6) – Scientific visualization
    https://www.paraview.org/