Towards a numerical model of the Politecnico di Milano open test section wind tunnel

This thesis is framed within the development of suitable numerical models for the fluid-numerical study of the flow within the Politecnico di Milano low turbulence wind tunnel in its open test section configuration. An extensive design and testing campaign has been carried out using the ROSITA RANS solver, an efficient CFD code which is especially useful for the study of flows around rotorcraft models. The design process is presented in detail, which includes both the geometric development and that associated with the discretization of the domain to generate an adequate wind tunnel mesh, which is used jointly with those corresponding to the deflectors through the use of a Chimera grid set. The main numerical model is used in turn to carry out an exhaustive study focused on quantifying and analyzing the influence that the different parameters of the meshing process have on the results obtained, focusing on the requirement of uniformity of the flow of the test section and the presence of low velocity recirculatory flow regions in the outer chamber surrounding the wind tunnel walls. Through this thesis it is intended to provide a numerical model efficient enough to be used as a basis for more complex studies in the presence of rotor effects, so simulations using an actuator disk to represent it are also carried out and analyzed in detail. In addition, a study of the computational resources associated with the simulations using the base numerical model is presented, in turn designing a new alternative model based on the addition of pseudo-deflectors to the divergent geometry in order to reduce the computational cost.

Questa tesi si inquadra nello sviluppo di modelli numerici idonei per lo studio fluido-numerico del flusso all’interno della galleria a bassa turbolenza del Politecnico di Milano nella sua configurazione a sezione di prova aperta. È stata condotta un’ampia campagna di progettazione e test utilizzando il solutore ROSITA RANS, un codice CFD efficiente particolarmente utile per lo studio dei flussi attorno ai modelli di aeromobili. Viene presentato in dettaglio il processo di progettazione, che comprende sia lo sviluppo geometrico che quello associato alla discretizzazione del dominio per generare una maglia di galleria del vento adeguata, che viene utilizzata congiuntamente a quelle corrispondenti ai deflettori attraverso l’utilizzo di una griglia Chimera impostato. Il modello numerico principale viene utilizzato a sua volta per effettuare uno studio esaustivo incentrato sulla quantificazione e l’analisi dell’influenza che i diversi parametri del processo di meshing hanno sul risultato ottenuto, concentrandosi sul requisito di uniformità del flusso della sezione di prova e sulla presenza di bassa velocità regioni di flusso di ricircolo nelle camere esterne che circondano le pareti della galleria del vento. Attraverso questa tesi si intende fornire un modello numerico sufficientemente efficiente da essere utilizzato come base per studi più complessi in presenza di effetti rotorici, per cui vengono effettuate e analizzate in dettaglio anche simulazioni utilizzando un disco attuatore per rappresentarlo. Inoltre, viene presentato uno studio delle risorse computazionali associate alle simulazioni utilizzando il modello numerico di base, progettando a sua volta un nuovo modello alternativo basato sull’aggiunta di pseudo-deflettori alla geometria divergente al fine di ridurre il costo computazionale.