Simulazione in Fluent dei vortici di Von Karman

Categoria: Laboratorio e progetti. Scritto da Valerio Rossi Mercoledì, 06 Aprile 2011

Il seguente studio riguarda una simulazione termo-fluidodinamica di un flusso d’aria che impatta contro un cilindro caldo. Il fluido passa inizialmente all’interno di un condotto per poi impattare poco dopo con un cilindro sul quale è presente un flusso termico costante di calore pari a 50 $W/{m^2}$.

Sono e stati utilizzati tre differenti software per tale analisi: il Gambit per il pre-processing, il Fluent per l'analisi ed il TecPlot 360 per il post-processing. La mesh della geometria ha interessato 50.506 elementi triangolari infittendosi nel condotto ed in prossimità del cilindro in modo da apprezzare con maggior accuratezza i gradienti delle varie proprietà in quelle zone. Nel lavoro di pre-processing sono anche state definite le condizioni al contorno per le varie superfici.

Importato il modello in Fluent è stato imposto al fluido una velocità di 0,5 m/s e una temperatura di 300K. Per ogni analisi è stato utilizzato un time step di 0.01 secondi con 20 iterazioni tra un time step e l’altro e con all’incirca 1000 iterazioni creando una simulazione di circa 10 secondi.

In un'analisi di questo tipo con un numero di Reynolds compreso tra 120 e 250 si manifesta il fenomeno fisico dei vortici di Von Karman attorno alla parte posteriore del cilindro.

Era stata richiesta una risoluzione del problema con un modello di viscosità di ordine uno, in a particolare con Spallart-Allmaras, ma dopo varie simulazioni il risultato è stato sconfortante, non essendoci alcuna presenza dei caratteristici vortici di Von Karman.

A seguito dei problemi riscontrati con tale modello sono state eseguite ulteriori analisi con il modello Laminar per mostrare l’effettiva presenza di tale fenomeno adottando un diverso modello di turbolenza.

Il modello Laminar quindi ha evidenziato l’effettiva presenza di una scia turbolenza a seguito dell’ostacolo cilindrico incontrato dal fluido a differenza del modello Spallart-Allmaras, che ne ha considerevolmente incrementato le capacità diffusive del calore presente sulla superficie del cilindro stesso.

Qui per vedere la relazione completa del progetto.