Un modello numerico per il disco attuatore in galleria del vento a camera di prova aperta

The continous development of numerical tools for the analysis of aerodynamic phenomena led to an increasingly estended use of the CFD algorithms for the simulation of complex air flows. Despite the indispensable use of experimental techniques in the investigation of aerodynamic phenomena and in the aircraft and vehicle development, very often an integration of the experimental and numerical fluid-dynamics results brings immense benefits in terms of reduction of both economical effort and development time. The use of CFD as a preleminary design tool for experiments in the wind tunnel allows to reduce the experimental workload and to have a rough idea of the results and of the design of the experiment itself, which will allow then to get much more precise measurements. The present work concerns a numerical characterization of the flow within the large wind tunnel at Politecnico di Milano in open test-section configuration, with a helicopter rotor model placed inside it. This represents a very complex case to investigate both from the numerical and experimental point of view due to different problems dictated by the difficulty of the open test-section configuration (fluctuations, air entrapment from the test section) and by the intrinsic difficulty of the analysis of the isolated rotor. In particular, the phenomenon of the flow-breakdown will be studied through the use of the software ROSITA, which allows to solve numerically the RANS equations. This will allow to obtain a-priori some preliminary result and will allow planning a more precise experiment. The work was divided into two phases: the first part is dedicated to the study of the layout of the wind tunnel with an empty test-section. The second part focuses instead on the analysis of the rotor in the wind tunnel, approximated with the model of actuator disk.

Il continuo sviluppo degli strumenti numerici per l'analisi di fenomeni aerodinamici ha portato ad un utilizzo sempre più esteso di algoritmi CFD per la simulazione di correnti d'aria sempre più complesse. Nonostante l'indispensabile utilizzo di tecniche sperimentali nel campo dell'investigazione di fenomeni aerodinamici e nel campo dello sviluppo di velivoli e veicoli, molto spesso un'integrazione dell'ambito sperimentale e di quello della fluidodinamica numerica porta immensi benefici in termini di sforzi sia a livello economico che di tempi. L'utilizzo della CFD come strumento preliminare per la progettazione di esperimenti in galleria del vento permette di ridurre il carico di lavoro sperimentale e di avere un'idea di massima dei risultati e del design dell'esperimento, il quale permetterà poi di ottenere misurazioni molto più precise. Il presente lavoro riguarda una caratterizzazione numerica della corrente all'interno della galleria grande del Politecnico di Milano in configurazione di camera di prova aperta, con posto all'interno un modello di rotore di elicottero. Questo rappresenta un caso molto complesso da investigare sia dal punto di vista numerico che sperimentale a causa di diverse problematiche dettate sia dalla difficoltà della configurazione a camera di prova aperta (fluttuazioni, intrappolamento dell'aria dalla sezione di prova) che dell'intrinseca difficoltà dello studio del rotore isolato. In particolare verrà studiato il fenomeno di flow breakdown, attraverso l'utilizzo del software ROSITA, che permette la risoluzione numerica delle equazioni RANS. Questo consentirà di ottenere a priori dei risultati di massima e permetterà una progettazione dell'esperimento più precisa. Il lavoro è stato diviso in due fasi: la prima parte è dedicata allo studio del layout della galleria del vento investigata a camera di prova vuota. La seconda parte si concentra invece sullo studio del rotore in galleria del vento, approssimato con il modello di disco attuatore.