Meshing strategy by a commercial code of a moving geometry and simulations with an open source CFD code

In a very wide variety of industrial situations the use of CFD models for the design of any kind of component operating with a working fluid has often revealed an essential tool. A noticeable example is the case of internal combustion engines, whose valves’ and injectors’ meshing represent a challenge for many engineers. The aim of this work is to develop, through the commercial software ICEM CFD® , a general meshing generation strategy leading to an high quality mesh for an ICE case study, characterized by complex geometries. What characterizes this meshing strategy is the construction of an unstructured mesh composed by several structured hexa-block meshes united in the OpenFOAM® environment and kept in communication throughout all the engine operational range by means of topology modifiers. The case studies here analyzed refer to two different operating conditions of the TCC-III engine, developed in the University of Michigan, which differ for the crankshaft rotational speed. For both cases a URANS turbulence model has been used and both the simulations were still running at the time this thesis was written. The results obtained are presented in the final part of the work.

In un’ampia varietà di situazioni industriali l’uso di modelli CFD per la progettazione di qualsiasi tipo di componente operante con un fluido si è spesso rivelato uno strumento essenziale. Un esempio evidente è il caso dei motori a combustione interna, in cui la generazione di una griglia di calcolo per le valvole e gli iniettori rappresentano una sfida per molti ingegneri. Lo scopo di questo lavoro è quello di sviluppare, attraverso il codice commerciale ICEM CFD® , una strategia generale di generazione della griglia di calcolo che porti a una mesh di alta qualità per un caso di studio di motore a combustione interna, solitamente caratterizzato da geometrie complesse. Ciò che caratterizza questa strategia di generazione della griglia di calcolo è la costruzione di una mesh non strutturata attraverso l’unione di diverse mesh strutturate nell’ambiente OpenFOAM® , le cui interfacce non conformi sono mantenute in comunicazione attraverso tutto il range operativo del motore mediante l’uso di modificatori di topologia. I casi di studio qui analizzati si riferiscono a due diverse condizioni operative del motore TCC-III, sviluppato nell’Università del Michigan, che si differenziano per il regime di rotazione. Per entrambi i casi è stato utilizzato un modello di turbolenza URANS ed entrambe le simulazioni erano ancora in esecuzione al momento in cui questa tesi è stata scritta. I risultati ottenuti sono presentati nella parte finale del lavoro.