Turbolenza di parete ad alti numeri di Reynolds

Lo scopo del presente programma di ricerca è l'identificazione e la comprensione fisica della dinamica dei flussi turbolenti in prossimità di pareti solide. Nonostante l'enorme importanza di questo tipo di flussi in svariati contesti applicativi alcuni aspetti di base non sono ancora completamente compresi, sopratutto nelle applicazioni caratterizzate da alti Reynolds. Nuovi orientamenti della ricerca di base sulla turbolenza stanno fornendo spunti che potrebbero risultare utili nelle applicazioni pratiche. Tuttavia i risultati ottenuti tramite esperimenti su scala di laboratorio o tramite simulazioni numeriche dirette (note come DNS) sono relativi a bassi valori del numero di Reynolds. Lo scopo del programma è, dunque, quello di estendere queste analisi a valori del numero di Reynolds sufficientemente elevati, in modo da ridurre il divario tra ciò che è noto a livello scientifico e le applicazioni. A tale proposito la regione di parete di uno strato limite turbolento ad alto Reynolds verrà studiata attraverso recenti tecniche di analisi sia numeriche che sperimentali. Sostanzialmente si vuole ricercare una conferma dei nuovi risultati, ottenuti per flussi a basso numero di Reynolds, relativi al ruolo dell'anisotropia e della produzione di energia cinetica turbolenta nelle leggi di scala per le fluttuazioni turbolente. Infatti leggi di scala di tipo universale sono tipicamente usate come base per la costruzione di modelli di chiusura per flussi turbolenti. Queste leggi sono profondamente modificate dalla presenza di una parete a causa del forte shear e della produzione di energia cinetica turbolenta, che è attiva in un ben definito intervallo di scale. Attualmente è noto solamente come le leggi siano modificate dallo shear per flussi a bassi/moderati Reynolds, ma prima di raggiungere una conclusione definitiva è necessario analizzare il ruolo svolto dall'aumento del numero di Reynolds. In questo contesto si vogliono realizzare delle misure dettagliate nella regione di parete di uno strato limite turbolento a numeri di Reynolds relativamente alti. Per raggiungere una risoluzione sufficiente per tali misure è necessario lo sviluppo di sonde miniaturizzate, che devono essere usate in grandi impianti caratterizzati da una buona qualità del flusso. Gli esperimenti saranno realizzati in parallelo con simulazioni numeriche basate su di una metodologia LES (Large Eddy Simulation). A tale scopo saranno utilizzati recenti modelli di sottogriglia che sembrano particolarmente adatti a riprodurre accuratamente la dinamica delle scale risolte per flussi caratterizzati da uno shear molto elevato. Dal punto di vista tecnico, come risultato parziale della ricerca, saranno sviluppate sia accurate tecniche di misura per le fluttuazioni di velocità sia tecniche di simulazione numerica per riprodurre le caratteristiche significative della turbolenza nella regione di parete di flussi ad alto Reynolds. Da un punto di vista strettamente scientifico i risultati dell'analisi sul ruolo dell'anisotropia, in diversi intervalli di scale nella regione di parete, costituiranno un significativo avanzamento nell'ambito della conoscenza di base della dinamica della turbolenza.