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Simulazione dei vortici di Von Karman

Vortici Von Karman

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. Successivamente il flusso impatta sul cilindro dove è presente un flusso termico costante di calore di 50 W/(m^2}. La turbolenza del fenomeno provoca un tipico effetto chiamato vortici di Von Karman.

mesh condotto

Sono stati utilizzati tre differenti software: il software Gambit per il pre-processing, Fluent per l’analisi e 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 tal modo si apprezzano 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. Circa 1000 iterazioni sono state necessarie per creare una simulazione di circa 10 secondi.

Vortici di Von Karman

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.

È stato inizialmente impiegato un modello di viscosità di ordine uno, in a particolare il modello Spallart-Allmaras. Dopo varie simulazioni il risultato non ha evidenziato alcuna presenza dei caratteristici vortici di Von Karman. Sono state eseguite ulteriori analisi con una altro modello di turbolenza, il modello Laminar. Tale modello ha evidenziato l’effettiva presenza di una scia di turbolenza a seguito dell’ostacolo cilindrico incontrato. A differenza del modello Spallart-Allmaras, tale turbolenza ha considerevolmente incrementato le capacità diffusive del calore presente sulla superficie del cilindro stesso.

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