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ANDREA CIMARELLI
Professore Associato
Dipartimento di Ingegneria "Enzo Ferrari"
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Insegnamento: Simulation and Modelling of Turbulent Flows
Ingegneria del veicolo (Offerta formativa 2020)
Obiettivi formativi
Il corso si pone l'obiettivo di fornire gli strumenti necessari per la simulazione di flussi turbolenti e per la comprensione dei risultati ottenuti. Tali strumenti includono la conoscenza delle tecniche numeriche tipiche per la soluzione delle equazioni di Navier-Stokes e delle tecniche modellistiche della turbolenza. Lo studente sarà quindi in grado di selezionare le più appropriate tecniche di simulazione per le varie applicazioni e di comprenderne i risultati.
Prerequisiti
Calcolo vettoriale, equazioni differenziali, meccanica razionale e fluidodinamica.
Programma del corso
1) Introduzione alle equazioni della fluidodinamica;
2) Tecniche di integrazione e discretizzazione per la soluzione di equazioni differenziali alle derivate parziali: Eulero, Crank-Nicholson, Metodi multi-step e differenze finite;
3) Equazioni convettivo-diffusive: numero d'onda modificato e stabilità alla Von Neumann;
4) Tecniche di discrertizzazione delle equazioni di Navier-Stokes: metodo di proiezione e solutori dell'equazione di Poisson;
5) Introduzione alla fisica della turbolenza;
6) Direct Numerical Simulation e neccessità di un approccio modellistico. Il problema di chiusura della turbolenza;
7) Reynolds Average Navier-Stokes: modelli a viscosità turbolenta (k-epsilon, k-omega, k-omega SST) e modelli degli sforzi di Reynolds (RSM and ASM);
8) Large Eddy Simulation: modelli a viscosità turbolenta (modelli di Smagorinsky, Germano e one-equation ksgs), similarity models, mixed models;
9) Approcci misti: Hybrid RANS/LES e Detached Eddy Simulation;
Metodi didattici
Durante le lezioni il docente presenterà esaustivamente tutti i contenuti del corso comprese le dimostrazioni e i metodi di soluzione. Le lezioni saranno erogate a distanza in streaming.
Testi di riferimento
1- "Computational methods for fluid dynamics" - Joel H. Ferziger and Milovan Peric.
2- "Turbulent flows", Stephen B. Pope.
3- "Turbulence", Uriel Frish.
4- "Large Eddy Simulation for Incompressible Flows", Pierre Sagaut.
Verifica dell'apprendimento
L'esame si compone di una prova scritta volta a verificare le conoscenze acquisite seguita da una discussione orale dello scritto stesso. Il voto deriva dal risultato dello scritto eventualmente perfezionato dalla discussione orale. Le prove potrebbero essere svolte in presenza o a distanza a seconda dell'evoluzione della situazione COVID19.
Risultati attesi
1- Conoscenza delle tecniche numeriche per la soluzione delle equazioni di Navier-Stokes e delle loro proprietà di consistenza, accuratezza e stabilità;
2- Conoscenza degli approcci modellistici alla turbolenza e delle loro proprietà in termini di quantità e qualità delle informazioni a cui permettono di accedere;