Una delle scelte più importanti quando si affronta un’analisi CFD riguarda appunto il modello di turbolenza. I software CFD, ed OpenFOAM in particolare, hanno oramai implementato un grande gamma di modelli che spesso tendono a confondere l’utente nella scelta. Oggi affronteremo l’argomento da un punto di vista pratico: vediamo quali sono i parametri che devono influenzare la scelta del modello di turbolenza e come questi devono essere visionati dall’utente.

y+ – Risoluzione a parete

Tutto parte da un parametro tanto fondamentale quanto difficile da comprendere: la risoluzione a parete (y+). Questo parametro dipende fortemente da tre elementi – come anche emerge dalla definizione qui riportata:

  • Velocità del fluido nella prima cella a parete
  • Altezza della prima cella a parete
  • Viscosità del fluido

Che importanza ha questo parametro? Fondamentale! Difatti y+ rappresenta la distanza adimensionalizzata da parete ed identifica precisamente il sublayer in cui ogni cella si colloca: sublayer laminare (y+ < 5), sublayer turbolento (30 < y+ < 300) oppure zona di transizione (5 < y+ < 30).

Modelli di turbolenza e y+

Ogni modello di turbolenza è stato studiato per dare il massimo dell’accuratezza quando la prima cella a parete rientra all’interno di un determinato sublayer. Esempi classici, utilizzando i due modelli di turbolenza più comuni, sono riportati nella seguente tabella.

MODELLO TURBOLENZA CONDIZIONE
k-epsilon 30 < y+ < 300
k-omega SST y+ < 5

Condizioni restrittive?

La domanda che viene fatta molto spesso riguarda la restrittività di tali condizioni. Rispondere a questa domanda non è facilissimo per vari motivi. E’ possibile dire che spesso si utilizzano wall-functions, ovvero funzioni di parete, che permettono di non rispettare alla perfezione le direttive espresse in precedenza.

Come applicare la teoria?

L’applicazione di quanto visto in questo post è estremamente semplice. Si svolge un’analisi CFD di prova da cui estrarre i valori di y+ a parete (OpenFOAM produce tale parametro in maniera automatica). Stimato tale valore di y+ è possibile riavviare la simulazione scegliendo il modello di turbolenza appropriato.

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2 Comments

Boundary Layer in snappyHexMesh - CFD FEA/FEM Service · 28 March 2019 at 16:12

[…] che hanno lo scopo di fornire un adeguato infittimento della mesh a parete. Come espresso in questo post, la scelta dell’altezza delle celle a parete, unita alla scelta di modello di turbolenza e […]

Turbolenza ed inizializzazione - CFD FEA/FEM Service · 11 April 2020 at 0:56

[…] CFD riguarda l’inizializzazione della turbolenza. Già in passato abbiamo affrontato come scegliere un modello di turbolenza o un altro. Oggi vediamo meglio come […]

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