Descrizioni migliorate del flusso turbolento
Il flusso della maggior parte dei fluidi, compresi i liquidi e i gas, è turbolento. Subisce continuamente cambiamenti di velocità e direzione, piuttosto che muoversi in percorsi o strati uniformi come nel flusso laminare. Nonostante la sua universalità e pertinenza in numerosi campi, la descrizione completa e precisa dell’evoluzione da flusso laminare a turbolento (biforcazioni gerarchiche) rimane uno dei principali argomenti aperti nella scienza odierna. Scienziati finanziati dall’UE che lavorano sul progetto T2T-VDG (Transition to turbulence in ventilated double glazing) hanno sviluppato nuove tecniche numeriche per identificare con elevata precisione le transizioni alla turbolenza. Metodi convenzionali si sono affidati ad approcci statistici (equazioni di Navier-Stokes) che coinvolgono le proprietà mediate nel tempo del flusso del fluido. Recentemente, un metodo basato su equazioni differenziali non lineari ha fornito soluzioni coerenti che sono universalmente applicabili. La sequenza di biforcazioni, o approccio deterministico, non richiede un ipotesi a priori o conoscenza empirica (cioè si basa su principi primi). Gli scienziati hanno combinato questo approccio con analisi della stabilità basate essenzialmente sulla conduzione di equilibri dinamici tramite equazioni di Navier-Stokes tradizionali su telai in movimento del flusso del fluido. L’analisi della stabilità successiva è unica per il software di calcolo di T2T-VDG. Unificando una varietà di metodi matematici, i nuovi metodi catturano la transizione alla turbolenza del flusso di taglio e facilitano la definizione del controllo all’avanguardia di tali transizioni. La base dell’approccio della sequenza di biforcazioni è un’analisi della transizione alla turbolenza in seguito a biforcazioni gerarchiche. Determina le biforcazioni attraverso le loro proprietà di rottura della simmetria, con la prima biforcazione che si verifica a causa di instabilità dello stato primario omogeneo. Nell’ambito del progetto, i ricercatori hanno applicato i metodi all’identificazione dei punti di biforcazione possibili per il flusso terziario e alla stabilità del flusso terziario al fine di identificare i punti di biforcazione quaternari e superiori. La casella degli strumenti impiega metodi numerici semplificati alternativi per biforcazioni di ordine superiore per risparmiare tempo di calcolo senza compromettere la precisione. Nel complesso, il team di ricerca ha creato uno strumento software per l’identificazione dell’albero di biforcazione della transizione da flusso laminare a turbolento associata a geometrie complesse. La soluzione universalmente applicabile sarà preziosa per l’industria europea e per lo sviluppo scientifico in tutto il mondo.
