Miglioramento di un modello di turbolenza nel codice di calcolo OpenFOAM

Subject of this thesis is Computational Fluid Dynamics, and in particular turbulence models are considered for the solution of the incompressible RANS equations. The work stems from an ongoing collaboration between Politecnico di Milano and FondTech s.r.l., where such models are used in automotive application, and continues two preceding thesis, when the v2-f turbulence model has been considered in conjunction with adaptive wall function. Aim of the present work is to develop further the model by implementing a new formulation, and to test it with and without wall functions. We start from the v2-f version available in OpenFOAM, which is the software package used in the thesis. The document contains a first introduction part, followed by a detailed description of the implementation of the model, and the validation work carried out with comparison with numerical (DNS) and experimental dataset. The validation, carried out for a boundary layer on a flat plate, reveals that the model performs very well when the near-wall layer is resolved, whereas the wall-function implementation still shows slightly inferior results.

Questo lavoro di tesi si colloca nell'ambito della fluidodinamica computazionale, e considera modelli di turbolenza per le equazioni di Navier-Stokes incomprimibili mediate alla Reynolds. Il lavoro è svolto all'interno della collaborazione tra il Politecnico di Milano e l'azienda FondTech s.r.l. che utilizza questo tipo di modelli per la consulenza aerodinamica in campo automobilistico, e vede le sue basi su due lavori di tesi precedenti che hanno studiato alcuni aspetti del modello v2-f con funzioni di parete adattive. Lo scopo di questo lavoro è quello di proseguire nella direzione intrapresa, validando una nuova versione del modello con e senza l'uso di funzioni di parete adattive. Come riferimento e base di partenza è stato utilizzato il modello v2-f presente in OpenFOAM, che rappresenta il software utilizzato per l'implementazione e verifica delle caratteristiche del modello. La tesi contiene una prima parte teorica che chiarisce l'ambito di lavoro e gli attori principali, facendo una breve cronologia sull'evoluzione dei modelli presi in considerazione nell'arco degli anni. Si passa poi all'implementazione del modello, che viene verificato attraverso il confronto di alcuni risultati con i dati reperibili dagli articoli di riferimento e dagli andamenti di set di dati sperimentali e DNS. La validazione è stata eseguita su una lastra piana ed è stato possibile osservare come il modello preso in considerazione abbia un buon comportamento per la parte di integrazione fino a parete, lasciando buone sensazioni per eventuali prove più specifiche, mentre risulta ancora lievemente carente se utilizzato con funzioni di parete adattive.