Preliminary design of a wind-tunnel tail-plane model

This work is concerned with the preliminary design of a wind-tunnel tail-plane model using computational fluid dynamics. The creation of the computational grid represents a key aspect for the reliability of the results. This master thesis work shows an automated procedure for the grid creation to reduce the overall computational time. The first part of this document contains a literature review useful to determine the project guidelines and the available technologies. The following part defines the project constraints according to the document of the call of the CleanSky2 Joint Undertaking. The computation of the Reynolds number for the baseline configuration and its variations by changing the parameters of the model is reported and the parametric three-dimensional model is created using the software SOLIDWORKS®. The pre-processing starts with the automated grid creation using the software MATLAB® and snappyHexMesh; the latter is included in OpenFOAM®. The following part describes the boundary conditions, the solvers and the numerical schemes used for the simulations. In order to optimize the parallel computation, scalability tests were performed for different combinations of grids and solvers. The last part reports the results obtained for the reference configuration and its variants, obtained by changing the parameters of the project.

Questo lavoro di tesi riguarda il progetto preliminare di un modello di impennaggio da provare in galleria del vento, mediante l’utilizzo della fluidodinamica computazionale. La creazione della grigia di calcolo rappresenta un aspetto chiave per l’affidabilità dei risultati. Questa tesi presenta una procedura automatizzata per la creazione di griglie di calcolo, con lo scopo di ridurre il tempo di calcolo complessivo. La prima parte dell’elaborato contiene una ricerca bibliografica utile a comprendere le linee guida e le tecnologie disponibili per la realizzazione del progetto. Segue la definizione delle richieste di progetto secondo il bando emesso dalla Joint Undertaking Europea CleanSky2 ed il calcolo del numero di Reynolds per il modello di riferimento e le varianti annesse. Il modello tridimensionale parametrico è stato realizzato mediante l’utilizzo del software SOLIDWORKS®. Viene poi presentata l’impostazione delle simulazioni a partire dalla creazione automatica della griglia di calcolo. L’automatizzazione è stata eseguita mediante l’utilizzo dei software MATLAB® e snappyHexMesh, quest’ultimo incluso nel software OpenFOAM®. Il processo di configurazione riportato descrive le condizioni al contorno, i solutori e gli schemi numerici utilizzati. Al fine di ottimizzare il tempo di calcolo in parallelo sono stati condotti degli studi di scalabilità per diverse combinazioni di griglie e solutori. L’elaborato si conclude con la presentazione dei risultati ottenuti per la configurazione di riferimento e per le varianti ottenute cambiando i parametri di progetto.