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.