A novel combined experimental and numerical methodology for aerodynamic characterisation of porous media

Porous double skin façades (PDSF) are currently a popular solution to improve the energy efficiency and aesthetics of numerous buildings. However, their influence on aerodynamics is notable and, in fact, is the subject of various case-specific studies. This thesis work presents a combined experimental-numerical methodology to characterise porous media, focussing on perforated plates. Numerical CFD simulations, thanks to their spatially continuous visualisation of pressure and velocity fields, were used to understand the aerodynamic behaviour of different geometries. In addition, the results were used to design an optimised experimental setup, guiding both the interpretation of the measurements and the understanding of the influence of boundary conditions. Experimental measurements were used to validate the numerical results of a simplified, computationally efficient CFD model. The latter was also used to investigate different geometries and hole patterns. Lastly, in both numerical simulations and experimental measurements, aerodynamic coefficients were computed using three different methods commonly found in the literature. Results were consistent and considerations for maximising the accuracy of the three methods were derived from the pressure field distribution on the porous object.

Le facciate porose a doppia pelle (PDSF) rappresentano al momento una soluzione diffusa per migliorare l'efficienza e l'estetica di svariati edifici. Al contempo, l'influenza delle stesse sull'aerodinamica è considerevole ed è infatti oggetto di vari studi dedicati. Questo lavoro di tesi propone una metodologia che combina approcci sperimentali e numerici per la caratterizzazione di mezzi porosi, focalizzandosi su piastre forate. Simulazioni numeriche CFD, grazie alla loro visualizzazione dei campi di pressione e velocità continua nello spazio, sono state utilizzate per comprendere il comportamento aerodinamico di diverse geometrie. Inoltre, i risultati sono stati utilizzati per progettare un setup sperimentale ottimizzato, guidando sia l'interpretazione delle misure, che la comprensione quantitativa dell'effetto delle condizioni al contorno. Le misure sperimentali sono state invece utilizzate per validare i risultati numerici di un modello CFD semplificato ed efficiente dal punto di vista computazionale. Quest'ultimo è stato inoltre utilizzato per studiare diverse geometrie e distribuzione dei fori. Infine, sia per le simulazioni numeriche che per le prove sperimentali, i coefficienti aerodinamici sono stati calcolati utilizzando tre metodi differenti tipicamente utilizzati in letteratura. I risultati si sono dimostrati coerenti; considerazioni per massimizzare l'accuratezza dei tre metodi basate sulla distribuzione di pressione sull'oggetto poroso sono incluse.