Skin friction drag reduction in a turbulent channel flow via pulsating forcing

In this study, drag reduction and power saving of pulsating turbulent channel flow have been numerically examined. Spatially uniform streamwise pressure gradient is modulated in time to generate the pulsating flow; its cycle-averaged value is constrained to be equal to the respective uncontrolled case one. The cycle-averaged Reynolds number, based on skin friction velocity and half channel height (Re τ ), is set to be 180. A similar work was conducted by Iwamoto et al. in [19]. They studied drag reduction and power saving of a pulsating channel flow at Re τ = 110. Their simulation is driven by a spatially uniform streamwise pressure gradient that provides an active energy recovery system to respect the same constraint on the forcing term used in this work. The pulsating pumping effect has been examined through Direct Numerical Simulation (DNS): a parametric study has been carried out in order to investigate the trend of drag reduction and power saving rates, varying forcing period and duty-cycle. Important results in terms of drag reduction and power saving have been obtained through this control technique, opening the possibility to deepen this topic in future work.

L’effetto dell’applicazione di una forzante periodica su una corrente turbolenta all’interno di un canale piano è stato studiato numericamente attraverso l’utilizzo della simulazione diretta (DNS). L’obiettivo di questo studio preliminare è ottenere una riduzione di resistenza e un risparmio netto di energia. La forzante, ossia l’accelerazione fornita alla corrente nel canale, è stata imposta sotto forma di gradiente di pressione (spazialmente uniforme) lungo la direzione della corrente. La sua ampiezza è stata modulata nel tempo in modo da applicare mediamente nel periodo la stessa forzante impressa alla corrispettiva corrente non controllata. Il numero di Reynolds della corrente, basato sulla velocità d’attrito e su metà altezza del canale (Re τ ), è posto pari a 180. Iwamoto et al. hanno condotto uno studio simile [19] a Re τ = 110; la differenza sostanziale risiede nel fatto che il loro controllo richiede l’utilizzo di un sistema attivo di recupero dell’energia per imporre alla corrente, mediamente nel periodo, la stessa accelerazione del corrispettivo caso non controllato. Uno studio parametrico è stato condotto per analizzare l’andamento della riduzione di resistenza e del consumo di energia al variare del periodo di azione della forzante e del duty-cycle (ovvero la frazione di tempo in cui la forzante rimane accesa). Sono stati ottenuti importanti risultati in termini di riduzione d’attrito e di risparmio di energia attraverso questa tecnica, aprendo di fatto la possibilità di approfondire l’argomento per un suo futuro utilizzo.