Shear sheltering e riduzione di attrito in flussi turbolenti di parete

In this work, the physics behind the drag reduction technique known as "oscillating wall" is investigated. In particular, the focus is on the phenomenon called "shear sheltering": this phenomenon, analitically studied in laminar boundary layers so far, appears as the source of permeability of the shear region: thanks to it, some external fluctuations are able to enter the shear region, others are rejected. This study is based on the comparison between statistics, adapted from the literature concerning the sehar sheltering, computed in a turbulent channel flow and in another one with the oscillating walls. These statistics are computed with Python and take advantage of the velocity fields previously computed by DNS simulations using the CPL programming language: both the simulations were performed at costant pressure gradient (CPG) and at Re_t = 200$. The results show that shear sheltering, as analitically defined in literature, is not present: however, the effect of the moving walls are evident and it is responsible for the decorrelations among turbulent structures. For this reason, following one of the fathers of the shear sheltering, the correlation among vertical fluctuations is further studied in view of the concept of shear shetering.

In questo lavoro si è cercato di far luce sulla fisica alla base della tecnica di riduzione di attrito turbolento conosciuta come "parete oscillante". Il fenomeno fisico interessato in questa analisi è noto in letteratura come shear sheltering: tale meccanismo è stato, per ora, studiato analiticamente soltanto in strati limite laminari e sembrerebbe essere alla base della permeabilità di questi ultimi da parte di determinate fluttuazioni presenti nella regione esterna. Lo studio prevede un confronto tra statistiche, adattate dalla letteratura riguardante lo shear sheltering, calcolate in un flusso turbolento confinato tra due pareti infinite e un analogo flusso in cui viene imposto un moto di tali piani, nella direzione trasversale al moto della corrente, con andamento sinusoidale nel tempo. Tali quantità vengono analizzate alla luce delle loro controparti presentate in letteratura. Il calcolo di tali statistiche è stato svolto in ambiente Python e sfrutta i campi di velocità associati ai due casi, precedentemente calcolati tramite Direct Numerical Simulation implementate in linguaggio CPL. Tali campi derivano da simulazioni DNS caratterizzate da un gradiente di pressione imposto costante (CPG) e da un Re_t = 200. I risultati mostrano come tale fenomeno, per come definito analiticamente in letteratura, non possa manifestarsi nelle correnti prese in esame: l'effetto dello shear a parete è, tuttavia, indubbio e sembra essere responsabile della decorrelazione delle strutture turbolente più che alla selezione di determinati modi. A tal fine, si è cercato di quantificare tale decorellazione tramite quanto utilizzato in letteratura da uno dei padri del concetto di shear sheltering.