Riassunto analitico
La turbolenza è un fenomeno che si osserva nella quasi totalità dei problemi fluidodinamici; in particolare, quella indotta dalla convezione naturale ricopre un ruolo fondamentale tanto nelle applicazioni industriali quanto nei flussi atmosferici. In questo contesto si inserisce il presente lavoro di tesi, nel quale viene analizzato il paradigma della convezione naturale turbolenta: il flusso di Rayleigh-Bénard. Lo studio di questa configurazione è stato condotto attraverso simulazioni numeriche dirette (DNS), effettuate con un codice open-source ad alto grado di parallelizzazione, chiamato Incompact3d. L'accuratezza di questo strumento è stata inizialmente valutata mediante la simulazione del comportamento della corrente turbolenta tra due lastre piane parallele, a basso numero di Reynolds (Re Tau=180). Successivamente, sono stati modificati i file sorgente del software per poter rappresentare fenomeni di galleggiamento; quindi è stata condotta la simulazione del flusso di Rayleigh-Bénard per numeri di Rayleigh e Prandtl rispettivamente di 2*10^5 e 1. Il confronto con dati di riferimento ha permesso di validare le modifiche apportate al codice, mentre le statistiche calcolate hanno consentito di comprendere le caratteristiche fondamentali del caso studiato. In particolare è stato identificato il ciclo di autosostentamento del flusso e il dominio fluido è stato suddiviso in diverse regioni, caratterizzate da differenti proprietà relative all'energia cinetica turbolenta.
|