Fluid dynamics analysis and optimization of Venturi based hydrodynamic cavitation devices

This thesis focuses on the characterization and optimization of hydrodynamic cavitation in a Venturi tube, with the ultimate goal of processing the highest possible quantity of pollutants in a wastewater flow. In the beginning, bibliography results are verified and confirmed. Successively, the tube has been joined to a vortex diode device placed upstream. To optimize the new assembly, the diameter of the diode, the length of the Venturi tube inlet and the divergence angle of the tube have been varied separately. The work is carried out through numerical CFD simulations exploiting multiphase models. In the first part, different attempts with different modelling approaches have been performed, while the optimization has been conducted using RANS. The results show how the presence of a strong vortex in the tube modifies flow features, and its effects are so important that geometry variations do not significantly change the state of the flow.

Questa tesi tratta la caratterizzazione ed ottimizzazione di dispositivi a cavitazione idrodinamica basati su tubi Venturi, con lo scopo finale di processare la maggiore quantità possibile di inquinanti in acque reflue. Il punto centrale è il comportamento fluidodinamico del flusso, mentre la chimica viene trascurata. La prima parte riguarda la verifica e conferma dei risultati bibliografici. Successivamente, il tubo è stato unito ad un dispositivo a vortice posizionato a monte. L'ottimizzazione dell'assieme è stata effettuata variando separatamente il diametro del dispositivo a vortice, la lunghezza dell'inlet del tubo Venturi ed il suo angolo di divergenza. Il lavoro si basa su simulazioni numeriche CFD che sfruttano un modello multifase. Nella prima parte, diversi tentativi sono stati effettuati con diversi tipi di modelli, invece l'ottimizzazione è avvenuta tramite l'approccio RANS. I risultati mostrano come la presenza di un forte vortice nel tubo Venturi modifichi le proprietà del flusso. I suoi effetti si dimostrano talmente importanti da rendere le variazioni geometriche quasi ininfluenti sullo stato del flusso.