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Control of Turbulence

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Dalla previsione al controllo della turbolenza

Nel momento in cui un gas come l'aria o un fluido come l'acqua viaggia lungo la superficie di un oggetto, è possibile osservare un flusso ben ordinato a bassa velocità. Per i ricercatori finanziati dall'UE, il movimento parassita che si sviluppa in vortici dalle forme diversificate man mano che la velocità supera un dato limite rappresentava un vero e proprio mistero.

Tecnologie industriali

Tutti i flussi turbolenti di fluidi presentano caratteristiche comuni, come il movimento irregolare e la dissipazione. Una conoscenza approfondita della turbolenza potrebbe consentire agli ingegneri di ridurre la resistenza aerodinamica su un aeroplano e di sfruttarne gli effetti benefici attraverso l'accelerazione della miscelazione e della combustione. Tuttavia, si rivela altresì necessario comprendere il flusso sanguigno nel cuore - specialmente nel ventricolo sinistro - nel momento in cui il movimento è particolarmente celere. La descrizione della turbolenza si basa sull'assunto che le variabili di flusso soddisfano le equazioni di Navier–Stokes che, in teoria, rivelano la velocità e la pressione di un fluido che scorre velocemente accanto a un punto posizionato nelle vicinanze della superficie di un oggetto. Il progetto COT ("Control of turbulence") è stato incentrato sullo studio della rilevanza delle soluzioni instabili delle equazioni di Navier–Stokes e della centralità di tali risorse sul piano della turbolenza. I ricercatori sono stati in grado di scovare una serie di soluzioni basate sulle onde progressive (TWS), la cui rilevanza era considerata determinante ai fini della comparsa della turbolenza a numeri di Reynolds corrispondenti a circa 2 000. Gli esperti hanno quantificato e confermato il ruolo di tali strutture facendo convergere vari stati dei flussi legati alle pareti osservati nel corso degli esperimenti incentrati sulle TWS. Un altro aspetto analizzato durante il progetto COT consisteva nel controllo della turbolenza. Partendo dalle conoscenze relative ai meccanismi di sostegno della turbolenza, gli scienziati hanno dimostrato che alcune soluzioni basate sulle onde progressive corrispondono alla comparsa di tale fenomeno a numeri di Reynolds più alti. Ciò consente, pertanto, di ritardare l'avvio della turbolenza vicino alle pareti attraverso, ad esempio, la regolazione della pressione mediante aspirazione a parete. Con l'acquisizione di sempre nuove conoscenze nel settore della dinamica dei fluidi, i ricercatori del progetto COT sperano di andare oltre la semplice previsione degli effetti della turbolenza e di riuscire a esercitare un efficace controllo su tali fenomeni. Questi progressi offrono enormi benefici per il settore aerospaziale, in virtù, ad esempio, del fatto che una riduzione del 10 % della resistenza degli aerei di linea potrebbe garantire un aumento del 40 % dei profitti delle compagnie aeree.

Parole chiave

Turbolenza, previsione della turbolenza, resistenza aerodinamica, aeroplano, equazioni di Navier-Stokes, soluzioni basate sulle onde progressive, numero di Reynolds, aspirazione a parete

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