Studio comparativo di modelli di turbolenza intermedi per applicazioni CFD industriali

In questo lavoro si analizza l’efficacia di modelli di turbolenza intermedi, in particolare SAS ed EARSM, con l’obiettivo di valutarne punti di forza, limiti e potenziale impiego in contesti applicativi industriali. L’analisi nasce dall’esigenza di individuare soluzioni che garantiscano un buon compromesso tra accuratezza e costo computazionale, in scenari con risorse di calcolo limitate e necessità di risultati affidabili in tempi compatibili con i cicli di sviluppo. Come riferimento di accuratezza viene adottato il modello SBES, ibrido RANS–LES, capace di descrivere con dettaglio i fenomeni turbolenti ma caratterizzato da un costo computazionale elevato. Per questo motivo, nelle applicazioni industriali si ricorre più spesso a modelli RANS, più economici seppur meno accurati; in questo ambito, il modello k–ω GEKO costituisce il riferimento considerato. In questo quadro, il modello SAS viene analizzato come possibile soluzione intermedia, potenzialmente più accurata dei RANS tradizionali e meno onerosa degli ibridi, mentre l’EARSM viene valu- tato come estensione della chiusura RANS, grazie alla capacità di rappresentare l’anisotropia degli sforzi turbolenti. La tesi comprende un’analisi teorica dei prin- cipali modelli di turbolenza, la descrizione del setup numerico e delle geometrie semplificate utilizzate per isolare l’effetto della chiusura turbolenta. Le simulazioni confrontano SAS, EARSM e GEKO su diverse configurazioni, analizzando l’accura- tezza rispetto all’SBES, che riproduce con buona fedeltà i dati PIV sperimentali. I risultati mostrano che il modello SAS, in presenza di instabilità fisiche, riproduce con buona accuratezza le strutture vorticose e le scie, avvicinandosi al benchmark, mentre in flussi stabili mantiene un comportamento più vicino ai modelli RANS. Lo scan del time step evidenzia che è possibile ottenere un significativo risparmio computazionale senza un degrado marcato della soluzione, suggerendo un poten- ziale impiego del SAS in scenari industriali. Il confronto tra EARSM e GEKO evidenzia che il primo offre una dissipazione più coerente nelle scie e una migliore evoluzione delle strutture vorticose in flussi instabili, mentre risulta meno efficace nei vortici stabili, dove il GEKO mantiene una maggiore coerenza. Dal punto di vista computazionale, l’EARSM si è rivelato più economico del GEKO in quasi tutti i casi analizzati. In conclusione, il modello SAS ha mostrato un buon potenziale come approccio intermedio tra RANS e modelli ibridi, soprattutto in flussi instabili. L’EARSM si è dimostrato una possibile alternativa al GEKO in alcune condizioni, pur presentando limiti nei vortici più stabili. Nel complesso, i risultati ottenuti forniscono una base solida per valutarne l’impiego in contesti applicativi industriali.