Come scegliere il modello di turbolenza

Una delle scelte più importanti quando si affronta un’analisi CFD riguarda appunto il modello di turbolenza. I software CFD, ed OpenFOAM in particolare, hanno oramai implementato un grande gamma di modelli che spesso tendono a confondere l’utente nella scelta. Oggi affronteremo l’argomento da un punto di vista pratico: vediamo quali sono i parametri che devono influenzare la scelta del modello di turbolenza e come questi devono essere visionati dall’utente.

y+ – Risoluzione a parete

Tutto parte da un parametro tanto fondamentale quanto difficile da comprendere: la risoluzione a parete (y+). Questo parametro dipende fortemente da tre elementi – come anche emerge dalla definizione qui riportata:

• Velocità del fluido nella prima cella a parete
• Altezza della prima cella a parete
• Viscosità del fluido

Che importanza ha questo parametro? Fondamentale! Difatti y+ rappresenta la distanza adimensionalizzata da parete ed identifica precisamente il sublayer in cui ogni cella si colloca: sublayer laminare (y+ < 5), sublayer turbolento (30 < y+ < 300) oppure zona di transizione (5 < y+ < 30).

Modelli di turbolenza e y+

Ogni modello di turbolenza è stato studiato per dare il massimo dell’accuratezza quando la prima cella a parete rientra all’interno di un determinato sublayer. Esempi classici, utilizzando i due modelli di turbolenza più comuni, sono riportati nella seguente tabella.

Condizioni restrittive?

La domanda che viene fatta molto spesso riguarda la restrittività di tali condizioni. Rispondere a questa domanda non è facilissimo per vari motivi. E’ possibile dire che spesso si utilizzano wall-functions, ovvero funzioni di parete, che permettono di non rispettare alla perfezione le direttive espresse in precedenza.

Come applicare la teoria?

L’applicazione di quanto visto in questo post è estremamente semplice. Si svolge un’analisi CFD di prova da cui estrarre i valori di y+ a parete (OpenFOAM produce tale parametro in maniera automatica). Stimato tale valore di y+ è possibile riavviare la simulazione scegliendo il modello di turbolenza appropriato.

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