Simulazioni alle grandi scale del trasporto di uno scalare passivo in flussi turbolenti di canale

Il trasporto di uno scalare passivo ad opera di un flusso turbolento risulta di notevole importanza in molti ambiti delle scienze e dell’ingegneria. Un tipico esempio riguarda il trasporto di inquinanti ad opera del vento o, più in generale, delle correnti d’aria. In questo contesto, la presente tesi riguarda la simulazione alle grandi scale, Large Eddy Simulation (LES), del trasporto di una grandezza scalare passiva in un flusso turbolento di canale. Le equazioni che governano il trasporto della grandezza scalare sono state implementate nel software open-source CaNS. Come modello di turbolenza per le scale non risolte è stato impiegato un modello Wall-Adapting Local Eddy-viscosity (WALE). L’algoritmo risolutivo per la LES è basato sulle equazioni di Navier − Stokes incomprimibili. Si è fatto inoltre uso del numero di Schmidt turbolento per calcolare la viscosità turbolenta. E’ stata infine eseguita una simulazione numerica diretta, Direct Numerical Simulation (DNS), sempre basata sulle equazioni di Navier−Stokes a densità costante. Tutte le simulazioni considerate riproducono un canale periodico in direzione x e y, mentre, per quanto riguarda la direzione verticale, esso presenta due pareti a temperatura diversa, quella inferiore più fredda rispetto a quella superiore. La simulazione è stata eseguita in parallelo grazie a OpenMPI, utilizzando un approccio many − CPUs. Tramite la LES sono stati ricavati i risultati relativi al trasporto della grandezza scalare, alla velocità nelle tre componenti e alla viscosità turbolenta. I risultati della LES sono stati comparati con quelli della DNS e successivamente sono stati confrontati con i dati di riferimento, relativi allo studio effettuato da Wang e Pletcher nel 1996 al fine di validare l’implementazione delle equazioni.