A review of numerical models for the simulation of cavitating flows in hydrofoils

The present document investigates the cavitation phenomenon occurring in hydrofoils by means of a multiphase solver available in the open-source computational fluid dynamic (CFD) software OpenFOAM ® . The current study uses the Reynolds Average Navier-Stokes methods to numerically simulate sheet/cloud cavitation around a NACA0012 hydrofoil with a fixed cavitation number σ=0.8. The turbulence model k-ω sst is applied in this thesis to limit the computational effort. However, multiple refined grids are accounted to compare the obtained solutions. Simulation results including cavitation form, lift, and drag coeffi- cients related to k-ω sst turbulence models are studied and compared with experimental results. Non-cavitating conditions are experienced for angles of attack ranging from 3.2 degree to 3.8 degree ; in that range the k-ωsst turbulence model performs well. When the angle of attack ranges from 4.1 degree to 5.0 degree , the k-ω sst model fails to predict cavitation shedding. When the angle of attack is between 5.7 degree and 8 degree , the k-ω sst model can reproduce cavitation shed- ding, but the numerical result is slightly inaccurate compared to experimental data. As a result, in the current analysis the k-ω sst model is unable to provide very accurate values of forces coefficient when the angle of attack is further increased. Such result is in accordance with the literature chosen as basis for this work. An advanced turbulence model is hence recommended to guarantee better results.

Il presente documento indaga il fenomeno della cavitazione che si verifica negli aliscafi di mezzo di un solutore multifase disponibile nella fluidodinamica computazionale open source (CFD) software OpenFOAM ® . L'attuale studio utilizza il Reynolds Average Navier-Stokes metodi per simulare numericamente la cavitazione di fogli/nuvole attorno a un aliscafo NACA0012 con un numero di cavitazione fisso σ=0,8. Il modello di turbolenza k-ω sst è applicato in questa tesi a limitare lo sforzo computazionale. Tuttavia, per confrontare più griglie raffinate le soluzioni ottenute. Risultati della simulazione inclusi forma di cavitazione, sollevamento e coeffi- Vengono studiati e confrontati con quelli sperimentali i cienti relativi ai modelli di turbolenza k-ω sst risultati. Si verificano condizioni non cavitanti per angoli di attacco che vanno da 3,2 gradi a 3,8 gradi; in quell'intervallo il modello di turbolenza k-ωsst si comporta bene. Quando l'angolo di attacco varia da 4,1 gradi a 5,0 gradi, il modello k-ω sst non riesce a prevedere la dispersione della cavitazione. Quando il l'angolo di attacco è compreso tra 5,7 gradi e 8 gradi, il modello k-ω sst può riprodurre la cavitazione ding, ma il risultato numerico è leggermente impreciso rispetto ai dati sperimentali. Come un risultato, nella presente analisi il modello k-ω sst non è in grado di fornire valori molto accurati di forze coefficienti quando l'angolo di attacco viene ulteriormente aumentato. Tale risultato è conforme con la letteratura scelta come base per questo lavoro. Un modello di turbolenza avanzato è quindi consigliato per garantire risultati migliori.