Fluidodinamica Computazionale - Generalità e Limiti
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Questions and Answers

Quale delle seguenti tipi di griglia è una combinazione di celle structured e unstructured?

  • Multiblock grid
  • Structured grid
  • Hybrid grid (correct)
  • Unstructured grid

Le celle di una griglia unstructured sono sempre disposte in modo ordinato.

False (B)

Quali sono i principali indicatori utilizzati nelle griglie structured per localizzare le celle?

I, j, k

Una griglia che utilizza solo elementi triangolari è chiamata _____

<p>TRI MESH</p> Signup and view all the answers

Abbina i tipi di mesh con le loro caratteristiche primarie:

<p>TRI MESH = Solo elementi triangolari HEX MESH = Solo elementi esagonali QUAD MESH = Solo elementi quadrilateri TET MESH = Solo elementi tetraedrici</p> Signup and view all the answers

Quale tipo di mesh è particolarmente adatta per garantire una maggiore qualità alle celle?

<p>Celle esagonali (D)</p> Signup and view all the answers

Il rapporto di allungamento di una celle è determinato dalla lunghezza del lato più lungo rispetto a quella del lato più corto.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Cosa determina la skewness angolare in una griglia tri e tet?

<p>La vicinanza della faccia o cella a quella ideale</p> Signup and view all the answers

Quali sono alcuni vantaggi della fluidodinamica computazionale?

<p>Sistemi complessi fisicamente (C)</p> Signup and view all the answers

La fluidodinamica computazionale fornisce sempre soluzioni esatte.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Quali sono i tre passi principali per la risoluzione di un problema in fluidodinamica computazionale?

<p>Pre-processing, Solving, Post-processing</p> Signup and view all the answers

La __________ è la regione di spazio dove le equazioni di flusso sono risolte.

<p>dominio computazionale</p> Signup and view all the answers

Quale metodo è utilizzato per risolvere le equazioni nella fluidodinamica computazionale?

<p>Metodo degli elementi finiti (A)</p> Signup and view all the answers

Abbina le seguenti applicazioni della fluidodinamica computazionale con le relative aree:

<p>Aeronautica = Trasporti aerei Automotive = Veicoli stradali Chimica = Reazioni chimiche Meteorologia = Previsione del tempo</p> Signup and view all the answers

Gli errori di arrotondamento sono considerati un tipo di errore in fluidodinamica computazionale.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Quale software è menzionato per la risoluzione dei problemi in fluidodinamica computazionale?

<p>Fluent</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni descrive meglio il sottorilassamento?

<p>Rallenta la convergenza ma aumenta la stabilità. (B)</p> Signup and view all the answers

La formulazione di uno schema centrale è meno accurata rispetto al primo ordine upwind.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Cos'è l'errore di troncamento?

<p>La differenza tra le equazioni discretizzate ed equazioni esatte.</p> Signup and view all the answers

L'accuratezza misura la vicinanza della soluzione ottenuta alla soluzione _______.

<p>vera</p> Signup and view all the answers

Abbina i termini con le loro definizioni:

<p>Accuratezza = Coerenza delle soluzioni Precisione = Vicinanza alla soluzione vera Errore di arrotondamento = Errori inevitabili nel calcolo numerico Procedura di segregazione = Risoluzione consecutiva delle equazioni</p> Signup and view all the answers

Quale schema numerico è considerato più accurato e stabile?

<p>Secondo ordine upwind (D)</p> Signup and view all the answers

La procedura di accoppiamento è usata esclusivamente per fluidi incomprimibili.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Per migliorare l'accuratezza, si può _______ l'ordine dello schema numerico dopo diverse iterazioni.

<p>alzare</p> Signup and view all the answers

Quale delle seguenti affermazioni riguardanti la turbolenza è corretta?

<p>La turbolenza ha un ampio spettro di dimensioni dei vortici. (A)</p> Signup and view all the answers

La viscosità di un moto turbolento è una proprietà del fluido.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Quale tra le seguenti affermazioni è vera riguardo il numero di celle in una simulazione CFD?

<p>Un uso eccessivo di celle porta a tempi di calcolo elevati. (D)</p> Signup and view all the answers

Il rapporto di espansione definisce la transazione della taglia in una cella continua.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Qual è la formula per calcolare l’intensità in un flusso turbolento?

<p>Rapporto tra la radice di 2/3 dell'energia cinetica e il modulo della velocità locale.</p> Signup and view all the answers

Il modello __________ è una tecnica statistica che ammette vortici.

<p>RNG k-ε</p> Signup and view all the answers

Quale approccio osserva un fluido attraverso il volume di controllo?

<p>Approccio Euleriano</p> Signup and view all the answers

L'equazione di continuità considera la __________ per i fluidi incompressibili.

<p>massa</p> Signup and view all the answers

Abbina i seguenti modelli di turbolenza con le loro caratteristiche:

<p>Modello Spalart Allmaras = Poco costoso e accurato k-ε = Due equazioni per l'energia cinetica turbolenta RNG k-ε = Ammette vortici k-ω = Due equazioni per l'energia cinetica turbolenta</p> Signup and view all the answers

Abbina le forze del fluido con la loro descrizione:

<p>Forze viscose = Resistenza al movimento del fluido Gravitazione = Effetto della forza di gravità sul fluido Forze di pressione = Forzem convergenti da diverse direzioni Forze di inerzia = Resistenza ai cambiamenti nel movimento del fluido</p> Signup and view all the answers

Quale tra i seguenti modelli non è adatto per flussi rotanti?

<p>k-ε (C)</p> Signup and view all the answers

Qual è il primo passo in uno studio di sensibilità della mesh?

<p>Generare la mesh iniziale con tutti gli accorgimenti. (D)</p> Signup and view all the answers

Gli sforzi viscosi nel flusso turbolento sono nulli in corrispondenza della parete solida del condotto.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Cosa rappresenta 'epsilon' nel modello k-ε?

<p>La velocità di dissipazione dell'energia cinetica turbolenta.</p> Signup and view all the answers

Le equazioni di Navier-Stokes descrivono il comportamento del moto nei fluidi.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Come si può definire un fluido che tende ad essere monosviluppato?

<p>Un fluido che scorre principalmente in una direzione.</p> Signup and view all the answers

Quale tra le seguenti affermazioni descrive correttamente le cellule del dominio computazionale?

<p>Sono regioni dove vengono assegnate le proprietà del materiale. (A)</p> Signup and view all the answers

Le condizioni di Dirichlet impongono un valore al contorno di una variabile.

<p>True (A)</p> Signup and view all the answers

Qual è la differenza principale tra flussi incomprimibili e comprimibili riguardo alla temperatura?

<p>Nei flussi incomprimibili non isoterme è necessario specificare la temperatura, mentre nei flussi comprimibili si specifica la temperatura totale.</p> Signup and view all the answers

Le condizioni _____ impongono il valore del gradiente della variabile nella direzione normale al contorno.

<p>Neumann</p> Signup and view all the answers

Abbina i tipi di inlet con la loro descrizione:

<p>Mass flow inlet = Flusso di massa in ingresso Outflow boundary = Condizione di uscita del flusso Inlet uniforme = Profilo di velocità uniforme al contorno Inlet in direzione unica = Flusso che va in una sola direzione</p> Signup and view all the answers

Che tipo di flusso è definito come un flusso stazionario e irregolare?

<p>Flusso turbolento (C)</p> Signup and view all the answers

Le condizioni al contorno possono essere posizionate direttamente sulla regione di interesse senza alcuna precauzione.

<p>False (B)</p> Signup and view all the answers

Cosa deve essere fatto per il flusso su una parete solida ed adiabatica?

<p>Il flusso deve avere un gradiente nullo o essere impostato a zero.</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Fluidodinamica computazionale (CFD)

Scienza che prevede il flusso di fluidi, trasferimento di massa e calore, reazioni chimiche e fenomeni correlati, risolvendo numericamente sistemi di equazioni matematiche.

Limiti della CFD

Non fornisce una soluzione esatta senza dati di alta qualità, e presenta errori dovuti a approssimazioni numeriche, dati imprecisi o incertezze nella modellazione fisica.

Passaggi risoluzione CFD

Pre-processing, Solving, Post-processing, per simulare un flusso di fluido.

Pre-processing (CFD)

Fase preliminare della CFD, dove si definisce la geometria, il dominio computazionale (CD) e la mesh.

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Solving (CFD)

Fase di risoluzione numerica delle equazioni del flusso per ottenere valori.

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Post-processing (CFD)

Fase successiva alla risoluzione per l'analisi e la visualizzazione dei risultati ottenuti da analisi CFD.

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Dominio computazionale (CD)

Regione di spazio dove le equazioni del flusso sono risolte.

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Mesh (CFD)

Divisione del dominio computazionale in piccoli volumi (celle) per la risoluzione numerica nell'analisi CFD.

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Griglia strutturata

Una griglia in cui le celle sono disposte in un ordine regolare e prevedibile, come un reticolo. Le celle adiacenti possono essere facilmente individuate tramite indici (i, j, k).

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Griglia non strutturata

Una griglia in cui le celle sono disposte in modo arbitrario, senza un ordine predefinito. Offre flessibilità ma è più complessa.

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Griglia multiblocco

Una griglia composta da diversi blocchi di celle strutturate e non strutturate, che possono essere combinati per rappresentare geometrie complesse.

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Griglia ibrida

Una griglia che combina celle strutturate e non strutturate, permettendo di modellare il dominio in modo più efficiente.

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Griglia non conforme

Una griglia con linee che non coincidono perfettamente tra diverse regioni, creando discontinuità.

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Qualità della griglia

Un indicatore di quanto bene una griglia rappresenti la forma e la complessità del dominio. Le celle esagonali (HEXA) sono considerate le migliori.

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Skewness della griglia

Un indicatore di quanto una cella della griglia si discosti da una forma ideale. Influenza i termini convettivi e diffusivi in CFD.

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Allungamento della griglia (Aspect Ratio)

Il rapporto tra il lato più lungo e quello più corto di una cella. Un allungamento elevato può influire negativamente sulla precisione.

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Smoothness

Un valore che indica la qualità della griglia di mesh in CFD. Deve essere pari a 1 per un fluido multidimensionale, può arrivare a 100 se la cella è allineata con la direzione del flusso e tende ad essere monosviluppato.

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Rapporto di espansione

Definisce la variazione di dimensione tra le celle adiacenti in una griglia di mesh. Indica quanto una cella è più grande rispetto alla sua vicina.

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Mesh Sensitivity Study

Un'analisi per determinare la dimensione minima della mesh che produce risultati indipendenti dalla dimensione delle celle.

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Volume di Controllo (CV)

Un'area definita all'interno del dominio per l'analisi del fluido nella CFD. Le equazioni di conservazione sono applicate all'interno del volume di controllo.

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Equazione di Continuità

Un'equazione che descrive la conservazione della massa in un flusso di fluido. Spiega come la massa del fluido non viene né persa né creata.

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Equazioni di Navier-Stokes

Un insieme di equazioni che descrivono il movimento dei fluidi viscosi. Sono utilizzate per calcolare le forze che agiscono su un fluido.

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Forze viscose

Forze che si oppongono al movimento del fluido a causa della sua viscosità (attrito interno).

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Equazione di Bernouilli

Un'equazione che descrive la relazione tra pressione, velocità e altezza in un flusso di fluido. Spiega come l'energia totale del fluido rimane costante.

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Residuo

La differenza tra la soluzione esatta e la soluzione ottenuta dalla discretizzazione delle equazioni.

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Sottorilassamento

Tecnica che rallenta la convergenza di un metodo iterativo, ma aumenta la stabilità del calcolo, sopprimendo le oscillazioni dovute agli errori numerici.

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Schema centrato

Metodo di discretizzazione che utilizza i valori ai nodi adiacenti al punto di interesse per calcolare la derivata, offrendo una maggiore accuratezza.

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Schema upwind di primo ordine

Metodo di discretizzazione che utilizza il valore a monte del punto di interesse, offrendo una soluzione di prima approssimazione, meno accurata ma più stabile.

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Schema upwind di secondo ordine

Metodo di discretizzazione che utilizza i valori a monte del punto di interesse, offrendo una soluzione più accurata e stabile rispetto al primo ordine.

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Accuratezza vs. Precisione

L'accuratezza misura la vicinanza della soluzione ottenuta alla soluzione vera, mentre la precisione misura la coerenza delle soluzioni tra loro.

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Errore di troncamento

Errore dovuto alla discretizzazione delle equazioni, ovvero la differenza tra le equazioni esatte e quelle discretizzate. Diminuendo con l'aumentare del numero di celle.

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Errore di arrotondamento

Errore inevitabile dovuto alla rappresentazione dei numeri in un computer con una precisione finita. Impossibile da eliminare, ma può essere ridotto usando la doppia precisione.

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Condizioni al contorno

Informazioni che vengono fornite al modello CFD sul comportamento del fluido alle estremità del dominio computazionale. Definiscono come il fluido entra ed esce dall'area di calcolo e come interagisce con le superfici solide.

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Condizione di Dirichlet

Impone un valore fisso per una variabile al contorno, come la velocità su una parete solida. In questo caso, la velocità è impostata a zero (non slip).

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Condizione di Neumann

Impone un valore per la derivata di una variabile al contorno, come il gradiente di temperatura su una parete adiabatica. In questo caso, il gradiente di temperatura è impostata a zero.

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Inlet di pressione

Un tipo di condizione al contorno che fornisce la pressione e temperatura del fluido in ingresso al dominio. Importante anche impostare la temperatura totale per flussi comprimibili.

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Inlet di velocità

Un tipo di condizione al contorno che fornisce la velocità del fluido in ingresso al dominio. È possibile impostare un profilo di velocità uniforme o non uniforme.

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Parete - quantità di moto

Condizioni al contorno che definiscono il comportamento del fluido in contatto con una superficie solida. La condizione 'no slip' è applicata per simulare l'assenza di scorrimento tra il fluido e la parete.

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Parete - energia

Condizioni al contorno che definiscono lo scambio di calore tra il fluido e una superficie solida. Possono includere temperatura, flusso di calore e scambio termico.

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Simmetria

Condizioni al contorno che sfruttano la simmetria geometrica del problema per ridurre il tempo di calcolo. Es: Assi di simmetria per geometria assialsimmetrica.

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Rimescolamento turbolento

Il rimescolamento delle quantità trasportate in un flusso turbolento è casuale e imprevedibile sia nello spazio che nel tempo.

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Energia cinetica turbolenta (k)

Misura l'energia associata al movimento casuale delle particelle in un flusso turbolento.

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Velocità di dissipazione della turbolenza (ε)

Tasso a cui l'energia cinetica turbolenta viene dissipata in calore a causa della viscosità del fluido.

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Intensità della turbolenza

Rapporto tra la radice quadrata di 2/3 dell'energia cinetica turbolenta e il modulo della velocità locale.

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Sforzi viscosi turbolenti (di Reynolds)

Forze aggiuntive generate dalla turbolenza che agiscono sul fluido, causate dal violento rimescolamento casuale.

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Viscosità turbolenta

Una proprietà del flusso turbolento che rappresenta l'effetto del rimescolamento sulla viscosità del fluido.

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Modelli di turbolenza

Metodi matematici per semplificare la descrizione della turbolenza e facilitarne la simulazione numerica.

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Modello Spalart-Allmaras

Un modello di turbolenza che usa una sola equazione per simulare la viscosità turbolenta, adatto a flussi semplici.

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Study Notes

Computational Fluid Dynamics - Generalità

  • La Fluidodinamica Computazionale (CFD) è una scienza che prevede il flusso dei fluidi, il trasferimento di calore e massa, le reazioni chimiche e i fenomeni correlati risolvendo numericamente sistemi di equazioni matematiche.
  • Permette di simulare vari aspetti del flusso di un fluido.
  • Ha applicazioni in diversi settori, tra cui aeronautica, aerospaziale e automobilistico.
  • Offre vantaggi nella simulazione di sistemi complessi o dove i dati sperimentali sono limitati.

Limiti e Passi di Risoluzione

  • Non fornisce una soluzione esatta senza adeguate conoscenze e dati.
  • Possono esserci errori di troncamento, dovuti agli algoritmi numerici.
  • Gli errori dell'utente, come i dati in input errati, possono propagare errori nel risultato finale.
  • Errori di arrotondamento.
  • La risoluzione di un problema CFD prevede questi passaggi:
  • Pre-processing: Creazione della geometria del fluido, definizione del dominio di calcolo (CD), creazione della maglia (mesh).
  • Solving: Risoluzione delle equazioni del fluido nel dominio di calcolo.
  • Post-processing: Visualizzazione e analisi dei risultati.

Qualità della Mesh

  • La qualità della mesh influenza la precisione e la velocità del calcolo.
  • La densità della griglia (grid density) e la distorsione (skewness) sono parametri chiave.
  • Le boundary layers devono essere ben definite per evitare imprecisioni.
  • Mesh di tipo Structured o Unstructured.
  • Metodi di creazione della mesh: Top-down, Bottom-up.
  • I tipi di mesh 2D e 3D, come triangoli, tetraedri, prismi, ecc.
  • Caratteristiche della griglia: celle, nodi, facce, ecc.

Mesh Nomenclature

  • Mesh non-conformale: TRI MESH, QUAD-MESH, HEX MESH, TET MESH.
  • Mesh strutturata: Celle disposte in un ordine regolare.
  • Mesh non strutturata: Celle disposte arbitrariamente.
  • Mesh ibrida: Combinazione di tipi di mesh.

Mesh Quality

  • Orthogonality: Misura l'ortogonalità delle facce delle celle rispetto alle linee di flusso. Un'ortogonalità accettabile (>0.25) è desiderabile.
  • Skewness: Misura quanto la cella si discosta da una forma ideale (es. triangolo equilatero). Valori bassi sono desiderabili.

Mesh Elongation (Aspect Ratio)

  • Misura il rapporto tra il lato più lungo e il lato più corto di una cella. Rapporti maggiori indicano celle allungate. Valori bassi sono preferibili.

Numero di Celle

  • Un numero eccessivo di celle può aumentare i tempi di calcolo.
  • Griglia adattativa per ridurre la necessità di un numero eccessivo di celle in aree specifiche.
  • Ottimizzazione della griglia per ottenere il bilanciamento tra precisione e tempi di calcolo.

Procedura di Soluzione

  • Segregata: risoluzione delle equazioni per ogni variabile separatamente.
  • Accoppiata: risoluzione contemporanea delle equazioni.
  • Stabilizzata, per fluidi comprimibili con shock wave

Equazioni di Continuità

  • Definisce la conservazione della massa in un volume di controllo.

Equazioni di Navier-Stokes

  • Descrivono la conservazione della quantità di moto.
  • Incluse forze viscole ed altre forze esterne.

Modelli di Turbolenza

  • DNS, LES, RANS.
  • RANS: Modello più semplice, ma non risolve in modo accurato alcuni fenomeni turbolenti.
  • LES: Risoluzione parziale delle scale turbolente più grandi, migliorando i risultati rispetto a RANS.
  • DNS: Simulazione diretta di tutti i comportamenti turbolenti. Più complesso e costoso.

Scelta del Modello

  • La scelta del modello di turbolenza dipende da diversi fattori, come la complessità del problema, i risultati desiderati, e la potenza di calcolo disponibile.
  • Esiste un elenco di modelli di turbolenza con i pro e contro.

Boundary Conditions

  • Condizioni al contorno di Dirichlet: si specifica il valore di una variabile su una superficie.
  • Condizioni al contorno di Neumann: si specifica la derivata di una variabile su una superficie.

Tipi di Griglia (Mesh)

  • Structured: celle ordinate in griglie regolari.
  • Unstructured: celle disposte arbitrariamente.
  • Hybrid: combinazione di entrambe.

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Description

Esplora i fondamenti della Fluidodinamica Computazionale (CFD) e i suoi principali limiti. Questo quiz offre un'analisi dei passaggi di risoluzione e degli errori che possono influenzare i risultati nella simulazione del flusso di fluidi. Scopri come la CFD viene applicata in vari settori come l'aeronautica e l'automotive.

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