Tecniche sperimentali appropriate per uno studio dettagliato della turbolenza di parete ad alto numero di Reynolds

Il presente progetto di ricerca si focalizza sull'analisi di dati di eccezionale qualità ottenuti da flussi turbolenti di parete ad elevato numero di Reynolds e allo sviluppo delle tecniche sperimentali piu' affidabili per la loro acquisizione. Il progetto è basato sulla presenza presso l'Università di Bologna di un centro di Ricerca dedicato a studi sperimentali della turbolenza di parete denominato CICLoPE (Centre for International Cooperation in Long Pipe Experiments). Questa iniziativa è nata dalla consapevolezza da parte della comunità scientifica che, anche se i flussi turbolenti di parete costituiscono una fonte di numerose ed interessantissime problematiche, ci sono ancora dubbi e controversie su alcune fondamentali questioni. La maggior parte di queste controversie sono legate sia ai numeri di Reynolds spesso utilizzati nei normali laboratori universitari, insufficienti a rappresentare fenomenologie di interesse applicativo, sia alla mancanza di un'adeguata risoluzione sperimentale che consenta di misurare tutte le scale significative. La nuova attrezzatura in CICLoPE, denominate "Long pipe" e' stata progettata con la specificità di permettere misure molto accurate ad alto numero di Reynolds. In questo caso l'elevato numero di Reynolds viene ottenuto aumentando le dimensioni caratteristiche dell'attrezzatura in particolare il diametro, che è di 0.9 m, e conseguentemente la sua lunghezza, 110 m. Il posizionamento presso le "Ex Industrie Caproni" a Predappio (FC) in territorio nazionale, all'interno di sue grandi tunnel scavati artificialmente e' ideale a causa della quasi completa assenza di perturbazioni esterne e a causa della stabilità delle condizioni ambientali all'interno. Alcuni workshop organizzati per discutere di flussi turbolenti di parete hanno mostrato come molte delle discrepanze tra i risultati sperimentali reperibili in letteratura possono essere legate alle difficolta' nel misurare correttamente sia i profili di velocita' media che i valori dello sforzo tangenziale in parete. Queste incertezze nei valori misurati possono essere legate alle tecniche di misura adottata, al sistema si acquisizione ed elaborazione dati, alla geometria e alle dimensioni del sensore e infine allo specifico laboratorio in cui si sono effettuati gli esperimenti. Nel presente progetto di ricerca, l'Unita' di Bologna ospitera' l'ultimo evento di una campagna scientifica denominato "Measurement Jamboree" che consiste in una serie di workshop sperimentali organizzati per ricercare specificatamente la presenza di queste incertezze o errori di misura e per valutare in maniera approfondita gli effetti di tali errori sulla misura della velocita' media e delle componenti turbolente. Gli esperimenti sono stati effettuati in quattro diversi laboratori tra i piu' avanzati nell'ambito di questa disciplina e si concluderanno con una sessione finale in CICLoPE. Nella seconda fase del progetto di ricerca, dopo un primo set-up dell'attrezzatura sperimentale, sara' effettuata una completa caratterizzazione del campo turbolento attraverso la misura del campo di moto medio e turbolento nella zona in cui il flusso e' completamente sviluppato. Le prove saranno effettuate sia a valori elevati che a valori piu' bassi del numero di Reynolds. Insieme all'attivita' sperimentale sara' svolta dall'unita' di Bologna in collaborazione con quella di Roma I, un'analisi di tipo numerico, a supporto dell'attivita' sperimentale, volta a verificare gli effetti di risoluzione spaziale della misura. Inoltre un sistema Stereo Particle Image Velocimetry verra' impiegato per "catturare" le strutture coerenti racchiuse nel campo turbolento. I dati ai più bassi Reynolds cosi' ottenuti verranno poi confrontati con i dati ottenuti da DNS effettuale dall'Unità di Roma I per validare l'accuratezza della misura