Eulerian multi-fluid method for aeronautical spray combustion

Sprays are going to occupy many industrial fields in the near future. The necessity of more efficient numerical predictors, possibly reducing the computational cost, arises. The Multi-Fluid model, providing a Eulerian description of polydisperse sprays, appears as an interesting method for two-phase combustion applications, expecially in comparison with the other Eulerian methods. That this numerical tool might become the ultimate choice in CFD fields is already a distinct possibility. However the reliability of Multi-Fluid algorythm has only been checked for problems involving thick sprays, which arise for example in Diesel engines and industrial thermodynamical plants. The main objective of this Thesis is to propose a new variant of eulerian Multi-Fluid algorythm particularly fit for aeronautical applications, where it is necessary to deal with thin sprays. The work has been structured in two parts: Chapter 1 introduces the basic theoretical concepts behind the modeling of polydisperse two-phase spray. Chapter 2 describes the eulerian Multi-Fluid method both in its original formulation and in this work’s proposed modification. Other eulerian numerical methods will be briefly shown in order to enhance their gaps and disadvantages respect to our choice.

Gli spray investiranno un ruolo cruciale in differenti applicazioni industriali nel futuro prossimo. La domanda di algoritmi numerici più efficienti, che possano ridurre il costo computazionale, sta emergendo. Il metodo Multi-Fluido, il quale adotta una descrizione euleriana dello spray polidisperso, risulta interessante per i problemi di combustione bifasica, soprattutto quando viene comparato ad altri metodi euleriani. Che questo strumento matematico possa diventare la scelta numero uno del settore CFD è già oggi una possibilità concreta. Tuttavia, l’affidabilità del metodo Multi-Fluido è stata verificata solo per problemi riguardanti gli spray densi, che riscontrano ad esempio nei motori Diesel e nei cicli termodinamici dell’industria energetica. L’obiettivo principale della presente Tesi è di proporre una nuova variante dell’algoritmo euleriano Multi-Fluido pensata in particolar modo per applicazioni aeronautiche, dove è necessario lavorare con spray fini. Il lavoro è stato suddiviso in due parti: Il Capitolo 1 introdurrà i principi teorici di base dai quali verrà realizzato il modello di spray bifasico polidisperso. Il Capitolo 2 descrive il metodo di Multi-Fluido euleriano nella sua trattazione originale e nella versione modificata che viene proposta nel presente lavoro. Verranno citati anche altri metodi numerici euleriani, evidenziando le loro principali differenze.