Numerical simulations of two-phase non-newtonian flows with OpenFOAM

Simulations are a critical aspect of fluid dynamics study and research, and a widely spread tool to understand many different scenarios and simulations. Despite a lot of development already made in this field, there is always a strive to reach better accuracy with fewer resources spent in every simulation. In this work, multi-phase models concerning Newtonian and non-Newtonian fluids will be studied and analyzed. Focusing on bubbles rising in a surrounding fluid, non-Newtonian effects and their relative differences in behaviour with respect to the Newtonian ones will be studied. Mathematical models will be presented and approximated using numerical methods through OpenFOAM, using applications capable of solving partial differential equations through finite volume schemes. Furthermore, an effort to reduce computational time and resources in simulations will be made and explored throughout the thesis, presenting different ways of impacting the cost of complex simulations.

Le simulazioni sono un aspetto critico nello studio e nella ricerca in fluidodinamica e uno strumento ampiamente diffuso per comprendere numerosi scenari e simulazioni diverse. Nonostante i numerosi sviluppi già compiuti in questo campo, l'obiettivo è sempre raggiungere una migliore accuratezza con la minore spesa di risorse possibile in ogni simulazione. In questo lavoro verranno studiati e analizzati modelli multifase relativi a fluidi newtoniani e non newtoniani. Concentrandosi sulla risalita di bolle immerse in un fluido circostante, si studieranno gli effetti non newtoniani e le relative differenze di comportamento rispetto a quelli newtoniani. Saranno presentati dei modelli matematici poi approssimati con metodi numerici attraverso OpenFOAM, utilizzando applicazioni in grado di risolvere equazioni differenziali parziali attraverso metodi dei volumi finiti. Inoltre, nel corso della tesi si cercherà di ridurre i tempi e le risorse computazionali delle simulazioni, presentando diversi modi per incidere sui costi di simulazioni complesse.