Ottimizzazione numerica del raccordo tra un corpo assialsimmetrico ed un corpo aerodinamico a generatrice cilindrica

This thesis deals with one of most diffuse engineering problem, as aeronautical as naval, or rather the iteraction between generating cylindrical aerodinamics bodies and axialsymmetricals ones. The mutual interference of this two component produces bad effect on global efficency, in term of complessive drag, that’ll be typically large than one we have if we consider each elements separately. In the present job we make reference to the iteraction between bulb and fin on hight performance ship, and in particular we make reference on Transpac52 class. We choose this category because of bulb’s winglets are forbidden, and the model of this particular componet makes the problem more difficult. With the target to reduce the value of drag, two connection’s models have been analysed: the first is builded along all geometrical discontinuity between bulb and fin, while the other is focused only on frontal part. The analysis of the problem is treat with Fluent, using k-epsilon turbulence’s models. Because of we want calculate the body’s drag, we need to expand the boundary layer up to the wall, so we can simulate the viscous sublayer in the boundary layer. To reach this goal the function Enhanced Wall Treatment, available in Fluent, have been used, to have a Low Reynolds treatment near wall. Moreover proves are executed on attachment-line approach to pick out if this could determine the flow’s separation. At last, through several simulations a drag’s maps are generated, function of two project parameters. On this maps we have applied optimization methods to find the minimun.

Questa tesi si propone di affrontare uno dei problemi più diffuso a livello ingegneristico, sia aeronautico che navale, ovvero l’iterazione tra corpi aerodinamici a generatrice cilindrica e corpi assialsimmetici o affusolati. La reciproca interferenza delle due componenti produce degli effetti peggiorativi sulla resa globale, in termini di resistenza complessiva, che risulterà essere tipicamente superiore al caso in cui si considerano i vari elementi singolarmente. Nel lavoro che segue si prende come esempio di riferimento per l’analisi del problema l’iterazione tra bulbo e deriva su imbarcazioni ad alto livello prestazionale, facendo riferimento alla classe Transpac52. La scelta è ricaduta su questa categoria soprattutto a causa del fatto che sono vietate le winglets sul bulbo, elemento questo che avrebbe complicato la modellazione e l’analisi del problema. Nel tentativo di ricercare la soluzione che minimizzi il valore di resistenza della geometria adottata, sono stati analizzati due modelli di raccordo: il primo si sviluppa lungo tutta la discontinuità geometrica che nasce dall’intersezione tra bulbo e deriva, mentre il secondo si sviluppa solo sulla zona anteriore. L’analisi del problema è stata condotta con Fluent, utilizzando un modello di turbolenza k-epsilon . Considerando l’obiettivo di calcolo della resistenza sviluppata sul corpo, è stato necessario modellare lo strato limite fino a parete, simulando anche il substrato viscoso nello strato limite turbolento. Questo è stato realizzato utilizzando la funzione Enhanced Wall Treatment, implementata in Fluent, che permette un trattamento Low Reynolds vicino a parete. Sono state inoltre eseguite delle prove su un modello potenziale-strato limte lungo la linea d’attacco per individuare se può essere un buon indicatore della separazione della corrente sul corpo. Infine sono state effettuate varie simulazioni numeriche per determinare una mappa dell’andamento della resistenza in funzione di due parametri di progetto. Su queste mappe poi sono stati applicati dei metodi di ottimizzazione per definire il minimo.