Galleria del vento 2D

Come funziona

• Metodo: Lattice Boltzmann D2Q9. Invece di risolvere direttamente le equazioni di Navier–Stokes, il solutore fa evolvere distribuzioni di particelle su una griglia regolare con un passo di collisione locale e uno di trasporto; il limite macroscopico è il flusso incomprimibile. Ogni cella è un pixel calcolato in parallelo dalla GPU, per questo si arriva a centinaia di milioni di aggiornamenti al secondo.
• Collisione: modello regolarizzato, che conserva solo la parte idrodinamica delle distribuzioni ed è stabile anche a viscosità molto basse, con alta viscosità di volume per smorzare le onde acustiche e modello di turbolenza di Smagorinsky (LES) che si attiva gradualmente sopra Re ≈ 200, quando la griglia non risolve più i vortici più piccoli.
• Contorno: velocità imposta in ingresso, pressione imposta in uscita con uno strato assorbente, pareti della galleria a scorrimento libero (o suolo mobile per l'auto), aderenza sugli ostacoli con bounce-back interpolato sulla forma esatta.
• Forze: resistenza e portanza si calcolano dallo scambio di quantità di moto sulle celle di parete; il numero di Strouhal St = f·L/U dalla frequenza di oscillazione della portanza.
• Verifica: il caso "Cilindro in canale" è il benchmark di Schäfer e Turek (1996) a Re = 100 (riferimento: Cd max 3,23, Cl max 1,0, St 0,30). Con 20–30 celle sul diametro lo Strouhal risulta entro l'1% e Cd e Cl entro il 4–5%, per lo più per la lieve compressibilità del metodo; il profilo di Poiseuille in canale è riprodotto entro lo 0,3%.

Limiti

Flusso bidimensionale e incomprimibile (Mach basso): in 2D i vortici non si rompono come nella realtà, quindi sopra qualche migliaio di Reynolds il risultato è qualitativo. La griglia è uniforme, quindi gli strati limite sottili sono poco risolti, e la galleria ha un'ostruzione finita. Per numeri affidabili su un progetto servono analisi 3D, mesh adattate alla parete e modelli di turbolenza calibrati.