Sviluppo di un codice numerico open-source per simulazioni FEM termofluidodinamiche

Il presente elaborato analizza, mediante simulazioni numeriche, una serie di fenomeni termo–fluidodinamici di complessità crescente, realizzati attraverso un ambiente di calcolo interamente basato su strumenti open–source. Sono stati impiegati Gmsh per la generazione della geometria e della mesh, FEniCSx per la formulazione e la risoluzione delle equazioni agli elementi finiti (FEM) derivate dai bilanci di massa, quantità di moto ed energia, e ParaView per la post–elaborazione dei risultati. L’attività di simulazione è stata sviluppata in modo progressivo. Inizialmente è stato analizzato il fenomeno della conduzione termica in una parete piana, sia in regime stazionario sia transitorio, al fine di valutare la diffusione del calore e la risposta termica del sistema. Successivamente è stato studiato il flusso laminare di Poiseuille in una sezione rettangolare, utilizzato come caso di riferimento per la validazione della formulazione variazionale e delle condizioni di moto. Nella parte finale è stata considerata la cavità riscaldata, analizzata in regime stazionario e tempo–dipendente, con aria e acqua come fluidi di lavoro. Il confronto tra i due casi ha evidenziato l’influenza delle proprietà fisiche sui moti convettivi e sulla distribuzione della temperatura. I risultati, interpretati mediante i numeri adimensionali di Reynolds e Rayleigh, hanno confermato la coerenza del modello numerico e la capacità dell’approccio adottato di descrivere correttamente i diversi regimi di moto. Le metodologie sviluppate costituiscono una base solida per estensioni future, quali lo studio e l’impiego di materiali a cambiamento di fase (PCM) per l’accumulo e la gestione dell’energia termica.