Implementazione e verifica di modelli di turbolenza in OpenFOAM per applicazioni in campo automobilistico

The present work has been focused on the validation of an open-source software (OpenFOAM) dedicated to the solution of Navier-Stokes equations in their RANS form (Reynolds Averaged Navier-Stokes) and on the modifications of some of its parts to bring its performances to those of popular commercial applications. The perspective in which this procedure was performed was primarily to validate a number of existing or innovative instruments, possibly by developing new ones, with the aim of achieving a competitive application of the software in the automotive world, where the geometry of the problem, in addition to the inherent peculiarities, has large areas of flow separation where notoriously the most common turbulence models do not always work properly. From the perspective of models for turbulent flows, we will analyze their performance and the possible need to bring some updates while, for the Wall-Functions, we tried to implement those changes necessary to respond more effectively to the peculiarities of the problem. Further changes to the software involved the implementation of a solver that can reproduce adequately the physics of the radiators, modeled as porous media thus able to impose a pressure drop between the interfaces with the fluid as a function of the speed of the flow through them. The validation procedure has involved a simplified case study, two-dimensional at the beginning (flat plate, backward-facing step, airfoil) and then three-dimensional and therefore capable of reaching gradually the level of complexity required by the automotive case.

l presente lavoro ha avuto come obiettivo la validazione di un software open-source (OpenFOAM) per la soluzione delle equazioni di Navier-Stokes nella loro forma RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) e l'implementazione di modifiche ad alcune sue parti per cercare di avvicinare le sue prestazioni a quelle dei più diffusi applicativi di tipo commerciale. L'ottica nella quale questa procedura è stata eseguita è stata sopratutto quella di validare una serie di strumenti già presenti o innovativi, eventualmente sviluppandone di nuovi, con l'obiettivo di rendere competitiva l'applicazione del software in ambito automobilistico, ovvero in alcuni casi dove la geometria del problema, oltre ad avere delle insite peculiarità, presenta grandi zone di separazione del flusso dove notoriamente i modelli di turbolenza più diffusi non sempre funzionano in modo adeguato. Dal punto di vista dei modelli per il flusso turbolento, sono state analizzate le loro prestazioni e l'eventuale necessità di proporre alcuni aggiornamenti mentre per le leggi di parete si è cercato di implementare quelle modifiche necessarie a rispondere in modo più efficace alle peculiarità del problema. Ulteriori modifiche al software hanno riguardato l'implementazione di un solutore in grado di riprodurre in modo adeguato la fisica dei radiatori, modellati come mezzi porosi e capaci quindi di imporre un salto di pressione tra le interfacce con il fluido in funzione della velocità dei flusso che li attraversa. La procedura di validazione ha previsto la soluzione di una casistica semplificata prima bidimensionale (lamina piana, gradino a scendere, profilo alare) e poi tridimensionale, capace quindi di raggiungere in modo graduale il livello di complessità richiesto dal caso automobilistico.