Studio comparativo di modelli di turbolenza LES all'intero di una cavita' nasale

Documento completo qui


Lorenzo Sufra'

Questo lavoro ha l'obiettivo di studiare il comportamento di 4 modelli di turbolenza LES (Large Eddy Simulation) applicati alla corrente all'interno di una cavita' nasale, analizzandone quantitativamente l'efficacia rispetto ad una DNS (Direct Numerical Simulation). I modelli indagati sono WALE (Wall-Adapting-Local-Eddy-Viscosity), un modello ad una equazione nella sua versione statica e dinamica (kEqn e dynamicKEqn) ed il modello di Smagorinsky.

Il lavoro ha riguardato anche il miglioramento dell'efficienza della procedura computazionale, mediante l'introduzione di un volume sferico ausiliario esterno alle narici appositamente studiato al fine di ottimizzare le dimensioni del volume d'aria esterno da simulare.

La cavita' nasale viene ricostruita sulla base di una scansione CT di un paziente. E' stata indagata la fase di inspirazione stazionaria, con una portata di 19 litri/min. Le simulazioni sono state condotte su una griglia di calcolo di circa 12 milioni di celle, in ambiente OpenFOAM. Il post-processing dei risultati e' stato effettuato mediante ParaView mentre la rielaborazione dei dati numerici ottenuti dalle simulazioni e' stata realizzata tramite Octave e un codice ad hoc FORTRAN90. Le simulazioni sono state effettuate sul supercomputer GALILEO del centro di calcolo CINECA.

L'analisi dei risultati ha messo in luce alcune differenze nel comportamento dei quattro modelli utilizzati nella predizione della corrente media rispetto alla simulazione numerica diretta DNS. In particolare, i modelli WALE e dynamicKEqn hanno mostrato un comportamento piu' vicino a quello della soluzione laminare, in particolare nelle regioni caratterizzate da bassa viscosita' turbolenta.