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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 (D.M.270/04) (Offerta formativa 2023)
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
Fluidodinamica numerica (3 cfu)
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, Runge-Kutta 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;
Modellazione della turbolenza (3 cfu)
1) Introduzione alla fisica della turbolenza;
2) Direct Numerical Simulation e neccessità di un approccio modellistico. Il problema di chiusura della turbolenza;
3) Reynolds Average Navier-Stokes: modelli a viscosità turbolenta (k-epsilon, k-omega, k-omega SST) e modelli degli sforzi di Reynolds (RSM and ASM);
4) Large Eddy Simulation: modelli a viscosità turbolenta (modelli di Smagorinsky, Germano e one-equation ksgs), similarity models, mixed models;
5) Approcci misti: Hybrid RANS/LES e Detached Eddy Simulation;
Metodi didattici
Durante le lezioni frontali il docente presenterà esaustivamente tutti i contenuti del corso comprese le dimostrazioni e i metodi di soluzione. Le lezioni saranno erogate in lingua inglese.
Testi di riferimento
NUMERICAL METHODS:
1- "Computational methods for fluid dynamics" - Joel H. Ferziger and Milovan Peric.
TURBULENCE:
1- "Turbulent flows", Stephen B. Pope.
2- "Turbulence", Uriel Frish.
TURBULENCE MODELLING:
1- ”Turbulence modeling for CFD” – D.C. Wilcox
2- "Large Eddy Simulation for Incompressible Flows", Pierre Sagaut.
Verifica dell'apprendimento
L'esame è svolto al termine delle lezioni e si compone di un unica prova scritta con domande a risposta libera della durata di circa 3 ore. Tale prova è volta a verificare le conoscenze acquisite e sarà seguita da una discussione orale dello scritto stesso. Il voto deriva dal risultato dello scritto eventualmente perfezionato dalla discussione orale. L'esito verrà comunicato alla fine della discussione orale. Non è ammessa la consultazione di testi e o appunti durante la prova.
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;