Caratterizzazione Aerodinamica di un nuovo Velivolo da Aviazione Generale mediante codice CFD

I flussi turbolenti sono caratterizzati da campi di velocità fluttuanti. Queste fluttuazioni mischiano le quantità fluttuanti come la quantità di moto, l'energia e la concentrazione delle specie chimiche, e causano la fluttuazione stessa di tali quantità trasportate. Dato che alcune di queste fluttuazioni possono essere di piccola scala ed alta frequenza, il loro costo computazionale è troppo elevato per poterle simulare direttamente nei calcoli pratici dell’ingegneria.
Le equazioni istantanee di governo possono essere mediate nel tempo oppure manipolate al fine di rimuovere le piccole scale, in questo modo otteniamo equazioni modificate con un costo computazionale meno caro. Bisogna tenere in conto però che le equazioni modificate contengono variabili sconosciute, sono quindi necessari dei modelli di turbolenze per determinare queste variabili in termini di quantità conosciute.

Sfortunatamente non esiste un singolo modello di turbolenza universalmente accettato in grado di essere applicato per tutte le classi di problemi. La scelta del modello di turbolenza dipenderà da considerazioni sulla fisica racchiusa dal flusso, l'esperienza pratica per la specifica categoria di problemi, il livello di precisione desiderato, la disponibilità di risorse, e la quantità di tempo disponibile per la simulazione. Per fare la scelta migliore per la propria applicazione è necessario capire le capacità e i limiti delle varie opzioni.

Le soluzioni indipendenti dal tempo delle equazioni di Navier-Stokes per alti numeri di RR per flussi turbolenti in geometrie complesse necessitano la risoluzione di tutte le scale di turbolenza fino a quelle più piccole. Esistono due metodi alternativi che possono essere usati per rendere le equazioni di Navier-Stokes trattabili al fine di non dover simulare direttamente la turbolenza delle piccole scale: Reynolds-averaging e il filtraggio.

Le equazioni Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) governano il trasporto delle quantità del flusso mediate, permettendo di modellizzare tutto il range di scale turbolente. La modellizzazione basata sulle equazioni di Navier-Stokes permette di ridurre notevolmente la potenza e le risorse di calcolo necessarie, ed è ampiamente adottata per le applicazioni ingegneristiche pratiche. Il software commerciali sono dotati di una vasta gamma di modelli disponibili per le varie applicazioni.