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Simulation of Turbulence and RoughnEss in Additive Manufactured parts

Descrizione del progetto

Nuove strategie di modellazione del moto vorticoso

Per prevedere le prestazioni degli scambiatori di calore di produzione additiva, il progetto STREAM, finanziato dall’UE, progetterà nuove strategie di modellazione del moto vorticoso. In merito alla dinamica dei fluidi, la produzione additiva introduce spesso rugosità importanti nelle pareti, che condizionano il trasferimento di calore e la perdita di pressione nel dispositivo. Per risolvere questo problema, sono necessari modelli di fluidodinamica computazionale al fine di prevedere le prestazioni degli scambiatori di calore. Le equazioni di Navier-Stokes mediate (RANS , Reynolds-Averaged Navier-Stokes) e la LES (Large-Eddy Simulation) sono due approcci complementari di modellazione della turbolenza, nonché buoni candidati per affrontare tali sfide. Questi modelli devono essere estesi e avvallati per la rugosità delle pareti generata dalla produzione additiva. STREAM creerà un database di LES ad alta fedeltà per la risoluzione della rugosità, che sarà analizzato al fine di ricavare modelli statistici di pareti ben parametrizzati con applicazioni nelle progettazioni di scambiatori di calore personalizzati.

Obiettivo

Additive manufacturing (AM) process offers tremendous gains over conventional subtractive manufacturing in heat exchanger design, key issue of thermal engine efficiency. The STREAM project aims at designing novel modeling strategies for the performance prediction of additive-manufactured heat exchangers. The consortium consists in two laboratories CNRS-CORIA and CNRS-LEGI, which have a long experience in high-fidelity multi-physics turbulent flow modeling and TEMISTh, a SME which develops customized solutions for heat exchangers. From the fluid dynamics point of view, AM often introduces important wall roughness, which depends strongly on the manufacturing process itself, and which impacts heat transfer and pressure loss across the device. It is therefore mandatory to design Computational Fluid Dynamics (CFD) models with a sufficient level of accuracy to predict the performances of heat exchangers. RANS (Reynolds-Averaged Navier-Stokes) and LES (Large-Eddy Simulation) are two complementary turbulence modeling approaches that are good candidates for such challenge. In these approaches, wall modeling often relies on statistical analysis, leading to law-of-the-wall models that are widely used in the prediction of internal flows. However, these models need to be extended and validated for wall roughness generated by additive manufacturing. To this aim, STREAM proposes to build a large database of high-fidelity roughness-resolving Large-Eddy Simulations that will be analyzed to derive well-parametrized statistical wall models. An original wall model parametrization will be used that has already been successfully adapted to heat transfers on a turbine blade. The resulting statistical model, usable in both roughness-modeled RANS and LES approaches, will be extensively validated a priori by comparison with the high-fidelity database and a posteriori on classical heat exchanger applications: Fuel-Cooled Oil Cooler, Air-cooled Oil cooler, Surface Air-cooled Oil cooler.

Meccanismo di finanziamento

RIA - Research and Innovation action
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Coordinatore

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Contribution nette de l'UE
€ 390 580,00
Indirizzo
Rue michel ange 3
75794 Paris
Francia

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Regione
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Altri finanziamenti
€ 0,00

Partecipanti (3)