The present study deals with the accurate validation and description of an innovative DNS code, in primitive variables and with good parallel performances, for the simulation of turbulent flows over walls of non-planar geometries. The core of the program consists in an innovative implementation of the immersed boundary method. After code validation and detailed studies on some relevant cases, the research focuses on the analysis of two passive flow control techniques for drag reduction, i.e. dimples and riblets. Dimples represent an innovative solution with respect to riblets. Considering a specific configuration of dimples, a drag reduction of the order of 1% is found. Such relevant result motivates further studies and numerical optimizations aiming to maximize their performances. A further DNS on walls with rectangular riblets emphasizes the necessity of a corner correction to alleviate computational costs and allow detailed geometrical optimizations of traditional and sinusoidal riblets.
Questa tesi riguarda la descrizione e la validazione di un innovativo codice DNS, scritto in variabili primitive e parallelo, per la simulazione di correnti turbolente incomprimibili in canali indefiniti con pareti di geometria arbitraria. Il programma si basa sul metodo dei contorni immersi. Dimostrata la validità del codice ed approfonditi alcuni casi riportati in letteratura, la ricerca si focalizza sull'esame di due specifiche tecniche passive per la riduzione di resistenza, inserite nel contesto generale del flow control, ossia le dimples e le riblets. Le dimples rappresentano una soluzione innovativa rispetto alle riblets. Per una loro particolare configurazione si è riscontrata una riduzione di resistenza dell'ordine dell'1% rispetto al riferimento piano. Ciò, indubbiamente, stimola e legittima nuove ricerche ed ottimizzazioni numeriche volte a massimizzarne le prestazioni. Le DNS conclusive su pareti ricoperte di riblets rettangolari evidenziano, infine, la necessità di una correzione di spigolo in grado sia di abbattere il costo computazionale sia di favorire l'ottimizzazione geometrica delle riblets tradizionali e sinusoidali.
Metodo dei contorni immersi per la simulazione numerica diretta di correnti turbolente su pareti non piane
MONTI, CELESTE MARIA
2015/2016
Abstract
The present study deals with the accurate validation and description of an innovative DNS code, in primitive variables and with good parallel performances, for the simulation of turbulent flows over walls of non-planar geometries. The core of the program consists in an innovative implementation of the immersed boundary method. After code validation and detailed studies on some relevant cases, the research focuses on the analysis of two passive flow control techniques for drag reduction, i.e. dimples and riblets. Dimples represent an innovative solution with respect to riblets. Considering a specific configuration of dimples, a drag reduction of the order of 1% is found. Such relevant result motivates further studies and numerical optimizations aiming to maximize their performances. A further DNS on walls with rectangular riblets emphasizes the necessity of a corner correction to alleviate computational costs and allow detailed geometrical optimizations of traditional and sinusoidal riblets.File | Dimensione | Formato | |
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