Modellazione di flussi multifase con Wall-Modeled Large Eddy Simulation all'interno di un canale turbolento

La simulazione numerica di flussi multifase rappresentati da particelle solide trasportate da un flusso gassoso in un canale turbolento è il tema principale su cui si basa questo lavoro. La metodologia utilizzata è la LES, la quale si distingue perché permette di risolvere le strutture vorticose più grandi, mentre approssima quelle più piccole. Le simulazioni che vengono effettuate si basano sul modello Wall-Modeled Large Eddy Simulation (WMLES), il quale riduce i costi computazionali modellando i fenomeni vicino a parete. Questo approccio consente di considerare due fasi distinte modellate in modo differente, ossia la fase continua rappresentata dal flusso e la fase dispersa rappresentata dalle particelle solide. Il flusso, che rappresenta la fase che trasporta le particelle, viene modellato lontano da parete con il modello Wall Adapting Local Eddy-Viscosity (WALE), mentre vicino a parete il profilo di velocità viene calcolato e modellato mediante l’introduzione di una viscosità artificiale per correggere gli sforzi di parete. L’altra fase, rappresentata dalle particelle inerziali, fonda le proprie basi sull’equazione del moto delle particelle classica e adotta metodi differenti combinati tra loro, presenti all’interno del modello sviluppato. L’implementazione del modello avviene utilizzando il codice adatto al calcolo parallelo e open-source CaNS. Il modello avanzato utilizza una combinazione data dal modello LES lontano da parete e dal modello stocastico (CRW) basato sulle equazioni di Langevin vicino a parete. Verrà definita una regione di transizione per il passaggio tra la zona vicina e quella lontana da parete, che porterà ad un miglioramento dei risultati ottenuti mediante l’introduzione di una funzione particolare. Il modello viene testato a numeri di Reynolds d’attrito differenti: =550,1020,2000. Per i primi due si cerca di validarlo, mentre per l’ultimo si mostra solamente un andamento qualitativo dei risultati. Le simulazioni sono effettuate con numeri di Stokes differenti, che influenzano l’inerzia delle particelle a seconda del numero di Reynolds considerato. I risultati, in termini di velocità medie, di fluttuazioni RMS lungo le tre direzioni e di concentrazioni normalizzate delle particelle sono confrontati con i dati DNS. Si è cercato di fornire un modello tarato, generalizzato e robusto da poter impiegare in campi di applicazione più ampi, il quale offre un certo equilibro tra accuratezza dei risultati e costi computazionali.