Progetto di un dispositivo destinato allo studio di getti coassiali con rotazione

La dinamica di una coppia di getti coassiali è un argomento di studio di notevole interesse teorico e pratico, che presenta molteplici applicazioni in vari campi della fluidodinamica (tra le più comuni, la miscelazione di due flussi e la riduzione del rumore aerodinamico negli ugelli). Le analisi di tali correnti in presenza di rotazione sono state finora condotte con un approccio sperimentale e per problemi molto specifici; perciò, nella prima parte di questo lavoro si vogliono discutere le principali caratteristiche di stabilità dei getti al variare dei parametri che governano il fenomeno: il numero di Reynolds del flusso interno, il rapporto tra le velocità dei due getti, il numero di swirl della corrente anulare e il numero d'onda azimutale della perturbazione. Alcuni punti dell'ipersuperficie neutra, che separa le configurazioni stabili da quelle instabili nello spazio a quattro dimensioni definito dai parametri, sono stati identificati e analizzati tramite simulazioni numeriche: in particolare, si sono esaminati l'influenza della rotazione e gli effetti della periodicità della perturbazione; a seconda dei casi, si è visto che l'incremento di uno dei parametri citati può stabilizzare o destabilizzare il flusso. Uno studio di sensitività strutturale ha mostrato che il wavemaker dell'instabilità è posto nella zona di ricircolo a valle delle uscite dei getti per rapporto di velocità unitario; per valori più elevati assumono rilevanza anche la corrente anulare e lo shear layer interno. Sulla base dei risultati di stabilità si è poi progettato un dispositivo per lo studio sperimentale di getti coassiali con rotazione: la geometria è stata dapprima definita a livello bidimensionale con simulazioni assialsimmetriche, quindi affinata e verificata con analisi 3D complete. I requisiti di assenza di separazione nei condotti e di uniformità dei flussi all'uscita sono stati raggiunti mediante l'introduzione di due inserti in materiale poroso. Infine si presentano i passi del processo di ingegnerizzazione che ha condotto al disegno finale del dispositivo, tenendo conto di tutte le necessità pratiche legate alla sua realizzazione e all'utilizzo per le prove sperimentali.