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Numerical Methods for the Simulation of Thermal and Hydraulic Machines
01WYZIV
A.A. 2026/27
Course Language
Inglese
Degree programme(s)
Doctorate Research in Energetica - Torino
Course structure
| Teaching | Hours |
|---|---|
| Lezioni | 15 |
Lecturers
| Teacher | Status | SSD | h.Les | h.Ex | h.Lab | h.Tut | h.Sem | Years teaching |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Salvadori Simone | Professore Associato | IIND-06/A | 15 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
Co-lectures
Context
| SSD | CFU | Activities | Area context | *** N/A *** | 3 |
|---|
Le macchine termiche sono ampiamente utilizzate sia nel settore della propulsione che in quello della produzione di energia. Le tendenze attuali nella progettazione dei loro componenti mirano ad aumentare l'efficienza del ciclo e la potenza specifica per ridurre le emissioni inquinanti. Questo risultato è di fondamentale importanza per raggiungere gli obiettivi dell'UE in termini di emissioni di CO2 entro il 2050.
La fluidodinamica computazionale (CFD) è uno strumento fondamentale per progettare con successo tecnologie abilitanti per la propulsione e la produzione di energia pulite. Inoltre, la CFD è parte integrante dei processi di progettazione di compressori e pompe nelle piccole e medie imprese. Pertanto, è fondamentale conoscere i concetti di base che supportano lo sviluppo di solutori commerciali (ad es. ANSYS Fluent/CFX, CONVERGE), open source (ad es. OpenFOAM) e sviluppati internamente.
Questo corso si propone di fornire le conoscenze di base sulla CFD a chiunque sia coinvolto in attività di dottorato che includono l'utilizzo o lo sviluppo di strumenti numerici per la progettazione di componenti in macchine termiche, compressori/pompe industriali o qualsiasi altro dispositivo che implichi il moto dei fluidi (ad es. scambiatori di calore, cuscinetti, piccoli reattori modulari...). Verranno introdotte le equazioni di Navier-Stokes, seguite da alcuni concetti relativi alla teoria dello strato limite. Si discuterà del metodo dei volumi finiti, con particolare attenzione a concetti fondamentali come la stabilità dei metodi numerici, il numero di Courant nei risolutori impliciti ed espliciti e i metodi di soluzione per flussi comprimibili e incomprimibili. Verranno inoltre elencati e descritti i metodi di generazione della griglia. Infine, verrà introdotta la modellazione della turbolenza, dai modelli algebrici alla DNS. Questo permetterà ai partecipanti di sviluppare competenze per un utilizzo consapevole degli strumenti numerici.
Uno o più gruppi di lavoro svilupperanno un progetto su casi di riferimento che verranno simulati mediante gli strumenti numerici disponibili, anche in base agli specifici interessi di ciascuno studente e in linea con i rispettivi argomenti di ricerca.
Thermal machines are widely used in both propulsion and power generation fields. Current trends in their components design aim at increasing cycle efficiency and specific power to reduce pollutant emissions. This outcome is of paramount importance to meet EU targets in terms of CO2 emissions by 2050.
Computational Fluid Dynamics is a fundamental instrument to successfully design enabling technologies for clean propulsion and power generation. Moreover, CFD is also part of the design processes of compressor and pumps in small-medium enterprises. Therefore, it is fundamental to know the basic concepts supporting the development of commercial (i.e., ANSYS Fluent/CFX, CONVERGE), open source (i.e., OpenFOAM), and in-house solvers.
This course aims at delivering basic knowledge about CFD to whomever is involved in doctoral activities that include either the use or the development of numerical tools for components design in thermal machines, industrial compressors/pumps, or any other device that involves fluid motion (i.e., heat exchanges, bearings, small modular reactors...). Navier-Stokes equations will be introduced, then some concepts about boundary layer theory will be released. Finite Volume methods will be discussed, with special interest in fundamental concepts like stability of the numerical methods, Courant number in implicit and explicit solvers, solution methods for compressible and incompressible flows. Grid generation methods will also be enumerated and described. Finally, turbulence modelling will be introduced from algebraic models to Direct Numerical Simulation. This will enhance the skills of the participants for a conscious use of numerical tools.
A project work will be developed by one or more teams about baseline cases that will be simulated by means of the available numerical tools, also depending on the specific interest of each student and in line with respective research topics.
NA
NA
- Equazioni di Navier-Stokes ed equazione della vorticità
- Teoria dello strato limite meccanico e termico
- Introduzione ai metodi a volumi finiti
- Introduzione alla generazione di griglie cartesiane/ibride
- Teorema di Lax, condizioni di stabilità/convergenza/consistenza
- Invarianti di Riemann, numero di Courant-Friedrichs-Lewy
- Metodi impliciti/espliciti, solutori time marching e pressure correction
- Modellazione della turbolenza e della transizione (dai modelli algebrici alla DNS)
Durante le lezioni verranno proposti esempi di applicazioni.
- Navier-Stokes equations and vorticity equation
- Mechanical and thermal boundary layer theory
- Introduction to Finite Volume methods
- Introduction to cartesian/hybrid mesh generation
- Lax Theorem, stability/convergence/consistency conditions
- Riemann invariants, Courant-Friedrichs-Lewy number
- Implicit/explicit methods, time marching/pressure correction solvers
- Turbulence and transition modelling (from algebraic models to DNS)
Examples of applications are going to be proposed during the lessons.
In presenza
On site
Sviluppo di project work in team
Team project work development
P.D.1-1 - Gennaio
P.D.1-1 - January