Riassunto analitico
I flussi derivanti dal galleggiamento ricoprono un ruolo fondamentale in molti eventi naturali e processi industriali. Nella convezione turbolenta, la più importante struttura coerente presente è la cosiddetta “thermal plume”, definita come una corrente ascendete di fluido, generata dallo strato limite termico staccato. Il fluido, che trasporta calore e materia in direzione opposta alla forza di gravità, è mosso dalla differenza di temperatura e densità fra le zone del dominio.
Nel presente lavoro di tesi, dopo un iniziale studio del fenomeno della convezione naturale di Rayleigh-Bénard, a numero di Rayleigh, Ra=10^6 e numero di Prandtl, Pr=0.7 mediante simulazione numerica diretta tramite il codice open-source CaNS, l’attenzione si è spostata sull’analisi delle plumes.
Le simulazioni numeriche dirette di una singola e di una doppia plume a Gr=2*10^6 e Pr=0.7, generata da una sorgente planare calda rispetto l’ambiente esterno, sono state rese possibili dopo una modifica al codice originale per l’inserimento di questo nuovo specifico set-up.
Diverse statistiche per il campo di moto e della temperatura sono state condotte al fine di comprendere le caratteristiche fondamentali dei fenomeni che avvengono durante il moto della singola plume o nel caso di interazione tra due plumes.
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Abstract
Buoyancy driven flows play a fundamental role in many natural events and industrial processes. In turbulent convection, the most important coherent structure present is the so-called "thermal plume," defined as an ascending current of fluid, generated by the detached thermal boundary layer. The fluid, which carries heat and matter in the direction opposite to gravity, is driven by the difference in temperature and density between different zones of the doamin
In this thesis, after an initial study of the Rayleigh-Bénard natural convection phenomenon, with Rayleigh number, Ra=10^6, and Prandtl number, Pr=0.7, using direct numerical simulation via the open-source code CaNS, attention shifted to the analysis of plumes.
Direct numerical simulations of a single and double plume at Gr=2*10^6 and Pr=0.7, generated by a hot planar source relative to the external environment, were made possible after modifying the original code to accommodate this new specific setup.
Various statistics for the velocity and temperature fields were conducted to understand the fundamental characteristics of the phenomena occurring during the motion of the single plume or in the case of interaction between two plumes.
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