A simplified implementation of Eulerian Multi-fluid method using a commercial CFD software

The numerical modeling of fluid dynamics problems occupies more and more space in the academic and industrial panorama. Many of the problems of interest involve multiphase fluids. Their treatment is complex and varies greatly depending on the flow of topology studied. In this thesis, we will deal with dispersed flows, in particular with sprays. They have been the subject of strong interest for years, given the wide and widespread application of this technology in many areas of aeronautical interest. The present work mainly focuses on Multi-Fluid Eulerian methods, in which the dispersed phase is described as a continuum. This is in contrast to current trends in computational fluid dynamics, which favor the use of a Lagrangian description of fluid particles. However, the treatment of sprays with Eulerian methods is still widely studied, due to its many advantages. This thesis starts by reviewing, with a careful bibliographic analysis, the work carried out by a series of researchers who have focused their studies on this area. We will therefore study the peculiar characteristics of the equations describing the dispersed phase. These equations have a structure similar to the system of equations of pressureless gas dynamics. Starting from this structure, the discontinuous Galerkin method is identified as a numerical method capable of dealing with the characteristics of the problem in exam. The chosen numerical method is then described in detail and some exemplifying cases are proposed to illustrate the ability of the numerical method to correctly capture the physics of the phenomenon.

La modellazione numerica di problemi fluidodinamici occupa sempre maggior spazio nel panorama accademico ed industriale. Molti dei problemi di interesse coinvolgono fluidi multifase. Il loro trattamento è complesso e varia molto a seconda della topologia di flusso studiato. In questa tesi si tratteranno i flussi dispersi, ed in particolar modo gli spray. Essi sono oggetto da anni di un forte interesse, vista l'ampia e diffusa applicazione di questa tecnologia in molti ambiti di interesse aeronautico. Il presente lavoro si focalizza soprattutto su metodi Multi-Fluido Euleriani, nei quali la fase dispersa viene descritta come un continuo. Ciò è in contrasto con le attuali tendenze nell'ambito della fluidodinamica computazionale, che prediligono l'impiego di una descrizione Lagrangiana delle particelle di fluido. Tuttavia, il trattamento degli spray con metodi Euleriani è ancora ampiamente oggetto di studio, visti i suoi molti vantaggi. La presente tesi parte riprendendo, con un'attenta analisi bibliografica, il lavoro svolto da una serie di ricercatori che hanno focalizzato i propri studi in questo ambito. Si studieranno dunque le caratteristiche peculiari delle equazioni che descrivono la fase dispersa. Queste equazioni hanno una struttura simile al sistema di equazioni della gas-dinamica senza pressione. Partendo da questa struttura, si individua il metodo di Galerkin discontinuo come metodo numerico in grado di trattare le caratteristiche del problema in esame. Il metodo numerico scelto viene dunque descritto nel dettaglio e vengono proposti alcuni casi esemplificativi che illustrano la sua capacità di catturare correttamente la fisica del fenomeno.