Studio preliminare per la modellazione CFD di lavorazioni a getto abrasivo

Abrasive water jet processing is a technology that exploits the erosive action of a high-speed jet of water that carries abrasive particles. The aim of the research project of which this thesis constitutes a preliminary phase is to develop a numerical model for the simulation of the abrasive jet machining processes, so as to be able to design and optimize them in a virtual way. The problem is highly complex due to its multi-physical nature, since fluid dynamics and solid mechanics aspects are involved. In this thesis work we focused on the former. In particular, numerical simulations were carried out in ANSYS Fluent to study in depth the flow of a jet impacting against a surface. We proceeded in stages of increasing complexity, to be able to guarantee the reliability of each individual sub-model. In particular, we first investigated a submerged water jet (single-phase conditions) and then a free water jet in the surrounding air (two-phase conditions). For each step, the validation was carried out by comparing the simulation results with literature data and models.

La lavorazione a getto abrasivo è una tecnologia che sfrutta l'azione erosiva di un getto di acqua ad elevata velocità che trasporta particelle abrasive. Lo scopo del progetto di ricerca di cui questa tesi costituisce una fase preliminare è sviluppare un modello numerico per la simulazione dei processi di lavorazione a getto abrasivo, così da poterli progettare e ottimizzare in maniera virtuale. Il problema è di elevata complessità a causa della sua natura multi-fisica, in quanto vengono coinvolti aspetti fluidodinamici e di meccanica dei solidi. In questo lavoro di tesi ci si è concentrati sui primi. In particolare, si sono svolte simulazioni numeriche in ANSYS Fluent per studiare approfonditamente il flusso di un getto impattante contro una superficie. Si è proceduto per gradi di complessità crescente, così da poter garantire l'affidabilità di ogni singolo sotto-modello. In particolare, si è dapprima investigato un getto d'acqua sommerso (condizioni monofase) e quindi un getto d'acqua libero nell'aria circostante (condizioni bifase). Per ciascuno step, la validazione è stata effettuata confrontando i risultati delle simulazioni con dei dati e modelli di letteratura.