Analisi numerica tridimensionale dell'impatto di gocce su film liquido sottile in presenza di corrente di strato limite bifase

The present work deals with the numerical study of water droplet impact onto thin liquid film in the presence of stream of biphase boundary layer flow. The main goal is to characterize the three-dimensional phenomenon of normal and oblique impact with splashing at high Weber numbers and to investigate the contribution of the interaction between the stream flow, the liquid film and the boundary layer to the development of the phenomenon. The software used is part of the open-source for computational fluid dynamics (CFD) suite OpenFOAM, performing the Volume-Of-fluid (VOF) method for multiphase fluxes. Simulations have been developed in three-dimensional geometry, using adaptive computational grids and a dynamic mesh refinement restricted around the air-liquid film interface. This study constitutes an interesting starting point for the determination, in the aeronautic environment, of the formation and distribution of ice onto aerodynamic surfaces during the flight (icing), a frequent factor that determinates a reduction of the performances and an increasing of the risks.

Nel presente lavoro di tesi viene affrontato dal punto di vista numerico l’impatto di gocce d’acqua su strato liquido sottile in presenza di corrente di strato limite bifase. L’obiettivo principale è quello di caratterizzare il fenomeno tridimensionale dell’impatto normale e obliquo con splashing ad alti numeri di Weber e di indagare il modo in cui l’interazione tra il flusso di corrente, il film liquido e lo strato limite contribuisca nell’evoluzione di questo fenomeno. Il codice utilizzato appartiene alla suite open-source per la fluidodinamica computazionale (CFD) OpenFOAM ed implementa la metodologia Volume-Of-Fluid (VOF) per flussi multifase. Le simulazioni sono state effettuate in geometria tridimensionale, utilizzando mesh di calcolo adattive ed un raffinamento dinamico di griglia localizzato in prossimità dell’interfaccia aria-film liquido. Lo studio condotto rappresenta un punto di partenza interessante ai fini della determinazione, in ambito aeronautico, della formazione e della distribuzione di ghiaccio sulle superfici aerodinamiche durante le fasi di volo (icing), condizione che si verifica di frequente e che spesso comporta una riduzione delle prestazioni ed un aumento dei rischi.