Validazione e taratura dei modelli di cavitazione di Merkle e Kunz implementati in OpenFOAM

Il presente lavoro si prefigge come scopo la validazione e successiva taratura dei modelli di cavitazione di Merkle e Kunz, basati sulla modellazione del trasferimento di massa, implementati nel software OpenFOAM. Lo studio riguarda la fluidodinamica computazionale. L'operazione di taratura e condotta dall'utente variando i parametri liberi dei vari modelli, con lo scopo di avvicinare il risultato computazionale a quello sperimentale.

Modelling of a batch sonochemical reactor

Ultrasonication of aqueous KI solution is known to yield I2 due to reaction of iodide ions with hydroxyl radicals, which in turn are generated due to cavitation. Based on this conceptual framework, a model has been developed to predict the rate of iodine formation for KI solutions of various concentrations under different gas atmospheres. The model follows the growth and collapse of a gas-vapour cavity using the Rayleigh-Plesset bubble dynamics equation. The bubble is assumed to behave isothermally during its growth phase and a part of the collapse phase. Thereafter it is assumed to collapse adiabatically, yielding high temperatures and pressures. Thermodynamic equilibrium is assumed in the bubble at the end of collapse phase. The contents of the bubble are assumed to mix with the liquid, and the reactor contents are assumed to be well stirred. The model has been verified by conducting experiments with KI solutions of different concentrations and using different gas atmospheres. The model not only explains these results but also the existence of a maximum when Ar-O2 mixtures of different compositions are employed.

Rayleigh-Taylor不稳定的物理模型和数值模拟

界面不稳定是自然界和工业中流动的普遍现象。本文以Rayleigh-Taylor不稳定性为范例,说明基于物理思想的CFD方法在流动问题研究中的应用。为了确定自由面,以往的Lagrange坐标法、阵面跟踪法在界面发生大变形时都会失效。同时,因流动不稳定从层流发展到湍流要经历若干阶段。因此,如何追踪演化过程的界面变形和如何确定湍流模型是R-T不稳定性研究中的主要困难。本文将溶质浓度差异视为导致介质轻重不同的原因,在不稳定发展过程中发生对流和混合。我们提出采用被动标量的大涡模拟方法来模拟R-T不稳定。鉴于该物理模型考虑了流体粘性和物质扩散的影响,可以自动确定阵面,完整描述不稳定从线性小扰动阶段、经过非线性变形阶段、剪切不稳定阶段到湍流混合阶段,真实重现了现象的物理过程,所以更为优越。通过比较尖钉和气泡阵面前进速度和计算亚格子分量的份

On the use of OpenFOAM to model Oscillating wave surge converters

The Computational Fluid Dynamic (CFD) toolbox OpenFOAM is used to assess the applicability of Reynolds-Averaged Navier-Stokes (RANS) solvers to the simulation of Oscillating Wave Surge Converters (OWSC) in significant waves. Simulation of these flap type devices requires the solution of the equations of motion and the representation of the OWSC’s motion in a moving mesh. A new way to simulate the sea floor inside a section of the moving mesh with a moving dissipation zone is presented. To assess the accuracy of the new solver, experiments are conducted in regular and irregular wave traces for a full three dimensional model. Results of acceleration and flow features are presented for numerical and experimental data. It is found that the new numerical model reproduces experimental results within the bounds of experimental accuracy.

Dipole polarizability and Rayleigh light scattering by the hydrated electron

Assuming the existence of a confined state of the electron in bulk water the polarizability of the hydrated electron is analyzed. Statistically uncorrelated supermolecular structures composed of seven water molecules (first solvation shell) with an extra electron were extracted from classical Monte Carlo simulation and used in quantum mechanical second-order Moller-Plesset calculations. It is found that the bound excess electron contributes with 274 a.u. to the total dipole polarizability of 345 a.u. for (H(2)O)(7)(-). From the calculated polarizabilities the Rayleigh elastic light scattering properties are inferred and found to considerably enhance activity and light depolarization. (C) 2009 Elsevier B.V. All rights reserved.

Simulazioni multifase del flusso di iniettori per applicazioni a motori gdi

Questo lavoro si concentra sullo studio fluidodinamico del flusso multifase cavitante di un iniettore per applicazioni a motori ad iniezione diretta (GDI). L’analisi è stata svolta tramite l’uso del software CFD (Computational Fluid Dynamics) Star-CCM+^® sviluppato da CD-ADAPCO. L’obiettivo di questo studio è investigare i motivi che portano ad un diverso comportamento tra i rilievi della prova sperimentale di caratterizzazione dell’iniettore e quanto atteso dai valori nominali dettati dalla specifica dell’iniettore, con particolare riferimento alla distribuzione di portata fra i diversi ugelli. Il presente lavoro fa parte di una coppia di elaborati collegati tra loro e, pertanto, ha inoltre lo scopo di fornire dati utili allo sviluppo dell’altro tema di analisi mirato alla individuazione di parametri di qualità della miscela aria-combustibile non reagente utili alla previsione della formazione del particolato prodotto dalla combustione di un motore GDI. L’elaborato, costituito di 5 capitoli, è strutturato secondo lo schema sottostante. Nel capitolo 1 vengono presentate le motivazioni che lo hanno avviato e viene esposto lo stato dell’arte della tecnologia GDI. Il capitolo 2 è a sfondo teorico: in esso vengono riportati i fondamenti del processo di cavitazione nella prima parte e i modelli numerici utilizzati nell’analisi nella seconda. Il capitolo 3 descrive la modellazione e successiva validazione dei modelli tramite confronto con il test case ‘Comprensive hydraulic and flow field documentation in model throttle experiments under cavitation conditions’ (E. Winklhofer, 2001). Nella scelta dei modelli e dei parametri relativi, l’analisi si è basata su precedenti lavori trovati in letteratura. Successivamente è stato svolto uno studio di sensibilità per valutare la stabilità della soluzione a piccole variazioni nei valori dei parametri. La scelta dei parametri modellistici nel caso di interesse, l’iniettore multihole, si è basata inizialmente sui valori ‘ottimali’ ottenuti nel test case ed è l’argomento del capitolo 4. All’interno del capitolo si parla inoltre dell’analisi di sensibilità successiva, svolta con lo scopo di comprendere i motivi che portano allo sbilanciamento tra fori corrispondenti e al maggiore sviluppo del getto centrale rispetto agli altri. Nel capitolo 5 dopo un breve riepilogo dei punti fondamentali trattati nello svolgimento dell’elaborato, si tirano le conclusioni sull’analisi e si espongono gli sviluppi futuri.

Development of a wake model for wind farms based on an open source CFD solver. Strategies on parabolization and turbulence modeling

Wake effect represents one of the most important aspects to be analyzed at the engineering phase of every wind farm since it supposes an important power deficit and an increase of turbulence levels with the consequent decrease of the lifetime. It depends on the wind farm design, wind turbine type and the atmospheric conditions prevailing at the site. Traditionally industry has used analytical models, quick and robust, which allow carry out at the preliminary stages wind farm engineering in a flexible way. However, new models based on Computational Fluid Dynamics (CFD) are needed. These models must increase the accuracy of the output variables avoiding at the same time an increase in the computational time. Among them, the elliptic models based on the actuator disk technique have reached an extended use during the last years. These models present three important problems in case of being used by default for the solution of large wind farms: the estimation of the reference wind speed upstream of each rotor disk, turbulence modeling and computational time. In order to minimize the consequence of these problems, this PhD Thesis proposes solutions implemented under the open source CFD solver OpenFOAM and adapted for each type of site: a correction on the reference wind speed for the general elliptic models, the semi-parabollic model for large offshore wind farms and the hybrid model for wind farms in complex terrain. All the models are validated in terms of power ratios by means of experimental data derived from real operating wind farms.

Validazione del modello di film fluido implementato in OpenFOAM

Le prestazioni dei motori a combustione interna sono fortemente influenzate dalla formazione di un film fluido, a seguito dell'impatto di uno spray con una parete. Nell'ottica di favorire la formazione della miscela e di ridurre le emissioni, lo studio approfondito di tale fenomeno deve essere supportato da un processo di simulazione assistita dal calcolatore. Pertanto, la Fluidodinamica Computazionale (Computational Fluid Dynamics, CFD) ed i modelli ad essa associati rappresentano al giorno d'oggi uno strumento vantaggioso e sempre più utilizzato. In questo ambito si colloca il presente lavoro di tesi, che si propone di validare il modello di film fluido implementato nel software OpenFOAM-2.3.0, confrontando i risultati ottenuti, in termini di altezza del film fluido, con quelli del caso sperimentale di Le Coz et al.

Initial CFD investigation of an MR fluid in a bicycle ergometer

A bicycle ergometer is a scientific device used by exercise physiologists which attempts to mimic on-road cycling characteristics such as foot technique, EMG activity, VO2, VCO2 and rider cardiology in a laboratory environment. Presently there are no known useful scientific ergometers that mimic these characteristics and are able to provide a satisfactory controlled resistance that is independent of speed. Previous research has suggested the use of a Magneto-Rheological (MR) Fluid as part of the ergometer design, as when used in a rotary brake application it is able to be controlled electronically to increase resistance instantly and independent of speed. In the target application, MR fluids are subject to immense tribological wear and temperature during viscous shearing, and will eventually show some degree of deterioration which is usually manifested as an increase in off-state viscosity. It is not known exactly how the fluid fails, however the amount of deterioration is related to the shear rate, temperature and duration and directly related to the power dissipation. Currently, there is very little literature that investigates the flow and thermal characteristics of MR fluid tribology using CFD. In this paper, we present initial work that aims to improve understanding of MR fluid wear via CFD modelling using Fluent, and results from the model are compared with those obtained from a experimental test rig of an MR fluid-based bicycle ergometer.