Implementazione e accoppiamento dell'equazione del trasporto di uno scalare passivo con il metodo dei contorni immersi

Il trasporto di scalari passivi in flussi turbolenti confinati rappresenta un fenomeno di grande rilevanza in numerosi ambiti ingegneristici e ambientali. Comprendere i meccanismi che regolano la dispersione di grandezze come la temperatura o la concentrazione di inquinanti all’interno di flussi turbolenti `e fondamentale, ad esempio, per ottimizzare la ventilazione in ambienti chiusi, progettare sistemi di raffreddamento industriale o prevedere la diffusione di sostanze nocive in condotti e canali. Il presente lavoro di tesi `e incentrato sull’implementazione e sull’analisi del trasporto di uno scalare passivo all’interno di un canale turbolento mediante simulazioni numeriche dirette (Direct Numerical Simulations, DNS). Il punto di partenza del progetto `e un codice open- source preesistente, sviluppato in Fortran90, denominato CaNS, che `e stato modificato per includere il trasporto di uno scalare e per studiarne l’evoluzione temporale e spaziale. L’obiettivo finale `e fornire una rappresentazione numerica accurata di fenomeni nei quali lo scalare rappresenta grandezze fisiche come la concentrazione di particolato o la distribuzione di temperatura nel canale. In una seconda fase del lavoro, l’equazione di trasporto dello scalare passivo `e stata accoppiata al metodo dei contorni immersi (Immersed Boundary Method, IBM), con l’obiettivo di studiare l’effetto di geometrie, pi`u o meno complesse e definite a priori, all’interno del dominio computazionale. Questo approccio consente di simulare configurazioni pi`u realistiche senza dover modificare la griglia al variare degli ostacoli. Sono stati condotti diversi test, analizzando la diffusione dello scalare al variare del coefficiente di diffusione. Il confronto tra i risultati numerici e alcuni riferimenti presenti in letteratura mostra un ottimo accordo, confermando l’affidabilit`a dell’approccio implementato. In conclusione, questo studio contribuisce all’approfondimento della dinamica del trasporto scalare in flussi turbolenti confinati da geometrie complesse, con possibili applicazioni in contesti realistici come la dispersione di inquinanti o la distribuzione di temperatura in ambienti confinati.