CFDlab: modellazione fluidodinamica per l'innovazione industriale

Generazione di reticoli di calcolo non strutturati. Sviluppo di un codice 2D/3D per la generazione di reticoli anisotropi, non strutturati e ibridi per simulazioni fluidodinamiche su geometrie complesse. Di recente, in quest’ambito di ricerca l’attività si è concentrata nei seguenti campi: (i) studio di nuovi algoritmi per la generazione di reticoli non strutturati 3D; (ii) studio di nuovi algoritmi per la generazione di reticoli ibridi 3D; (iii) accoppiamento del generatore di reticoli con un modellatore solido basato sul codice open-source FreeCAD.

Metodo di elevato ordine di accuratezza per la fluidodinamica computazionale. Sviluppo di un solutore agli elementi finiti discontinui di Galerkin per il calcolo di flussi comprimibili/incomprimibili 2D/3D con approcci DNS (direct numerical simulation), LES (large eddy simulation), ILES (implicit large eddy simulation), ibridi RANS-LES e RANS con modello di turbolenza k-ω e modello di transizione kL-kT- ω. Di recente, in quest’ambito di ricerca l’attività si è concentrata nei seguenti campi: (i) studio ed implementazione di metodi di integrazione temporale di elevato ordine di accuratezza per la simulazione di flussi turbolenti non stazionari; (ii) studio ed implementazione di modelli di transizione; (iii) sviluppo di metodi ibridi RANS-LES per la simulazione di flussi comprimibili fortemente distaccati; (iv) applicazione del codice per simulazioni DNS, LES e ibride RANS-LES; (v) utilizzo del codice per lo studio di applicazioni complesse come il flusso 3D attraverso una turbina eolica ad asse verticale per uso domestico ed il flusso 3D dell’aorta di pazienti che hanno subito il trattamento endovascolare di aneurismi toraco-addominali.

Ottimizzazione. Sviluppo di una procedura di ottimizzazione di forma per migliorare le prestazioni di turbomacchine e la riduzione di emissioni inquinanti in caldaie industriali. La metodologia accoppia un algoritmo genetico con un codice CFD (zFlow, Ansys CFX, OpenFOAM) ed un generatore automatizzato di griglie. L’efficienza dell'algoritmo genetico è stata incrementata tramite l'utilizzo di metamodelli (Kriging e Artificial Neural Network) che vengono addestrati su un numero ridotto di valutazioni e utilizzati per stimare le performance di nuove geometrie. Quest’approccio è stato utilizzato per ottimizzare (i) il diffusore palettato di un compressore centrifugo automobilistico (da utilizzare in una microturbina per la produzione combinata di calore e di potenza), (ii) lo statore di uno stadio ad impulso di una turbina radiale esistente per un ciclo ORC. (iii) il rotore di una pompa centrifuga, e (iv) il canale di mischiamento di una caldaia industriale.

Studio del flusso di fluidi ad elevato peso molecolare in componenti di turbine utilizzate in impianti a ciclo Rankine a fluido organico (ORC). L’obiettivo di questo studio è investigare il flusso in turbine di cicli ORC, il cui comportamento può discostarsi notevolmente rispetto a quanto osservato nelle turbine a gas e a vapore. Questo studio è condotto utilizzando il codici in-house zFlow, i codici open source OpenFOAM e SU2, e il codice commerciale CFX di Ansys. Ad oggi questa ricerca si concentra sulle seguenti tematiche: (i) valutare l’influenza di modelli termodinamici di crescente complessità sull’accuratezza dei risultati delle simulazioni; (ii) valutare l’influenza degli effetti di gas reale sulle performance aerodinamiche delle pale delle turbine; (iii) verifica della presenza di fenomeni di gasdinamica non-classica nelle turbine per ORC.