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Questo lavoro ha l'obiettivo di valutare le capacita' e le potenzialita' di un nuovo software libero per la simulazione fluidodinamica, denominato Stanford University Unstructured (SU2), sviluppato dall'Universita' di Stanford e attualmente alla sua seconda release ufficiale.
La particolarita' di questo programma e' la presenza nativa di strumenti per l'ottimizzazione di forma che permettono, attraverso un algoritmo di ottimizzazione gradient based, di minimizzare una funzione obiettivo scelta dall'utente. Il software presenta diversi moduli, scritti in linguaggio C++, che svolgono compiti diversi: risoluzione delle equazioni, deformazione della mesh, scomposizione del dominio di calcolo, etc. Sono poi presenti programmi scritti in linguaggio Python che combinano le funzioni di tali moduli per eseguire operazioni piu' complesse, come l'ottimizzazione geometrica. I gradienti della funzione obiettivo rispetto alle variabili di progetto vengono calcolati mediante le equazioni dell'aggiunto continuo. Diverse tecniche per la deformazione della geometria da ottimizzare e di deformazione della mesh di calcolo sono implementate nel codice.
In questo lavoro di tesi abbiamo utilizzato SU2 per eseguire l'ottimizzazione di problemi diversi sia dal punto di vista della modellazione matematica, sia per la fisica in gioco. Con le equazioni non viscose della fluidodinamica si considerano dapprima un profilo alare NACA 0012 in regime transonico, e successivamente l'ala ONERA M6 sempre in regime transonico. Si passa poi ai casi viscosi: il profilo NACA 0012 viene considerato prima in regime laminare e poi turbolento mediante l’utilizzo del modello di turbolenza di Spalart-Allmaras.
In tutti i casi il problma di ottimizzazione, impostato in modo da determninare le modifiche geometriche che riducano la resistenza aerodinamica senza penalizzare la portanza, e' stato risolto con successo.
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Fig.1: ala ONERA M6, andamento del numero di Mach per la geometria base. |
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Fig.2: ala ONERA M6, andamento del numero di Mach per la geometria dopo l'ottimizzazione. E' visibile (amplificata) la deformazione della superficie dell'ala. |