Dimples as a drag reduction technique : a preliminary DNS approach

The present work aims at paving the way to future studies relating or not the occurrence of drag reduction within the technique of dimpled surfaces. Dimples immersed in a turbulent boundary layer still represent one of the newest and more debated passive flow control techniques. Here are presented the major research contributions, among which, one in particular is selected to be replicated with an innovative immersed boundary direct numerical simulation (DNS) code suited for studying the turbulent channel flow problem with the ability of modeling virtually any kind of wall surface. The selected dimple geometry is analyzed into a turbulent flow regime. The code is manipulated to suit the model of the dimple, which is redefined in an accurate manner starting from the current available literature, which often presents unclear or in disagreement results. The selected dimple geometry proves to be one of the most exploited for its analytical mathematical definition and the possibility of being constructed and implemented. The hope for such a passive flow control device to positively affect drag is still out there, or at least the hope to clarify its behaviour, and with this work may be a little bit closer, especially for those who would like to start from this dimple geometry and push forward the research with more powerful numerical tools, higher Reynolds number closer to real possible applications and a parametric study which takes into account a variation of the shape or the mutual disposition of the dimples on the surface. The adopted numerical code proves itself to be a useful and powerful tool to search for new scientific evidence even within the case of dimples.

Con questo lavoro si vuole aprire la strada a studi futuri che trattano la riduzione di attrito tramite la tecnica di superfici ricoperte di dimples. Le dimples immerse in uno strato limite turbolento rappresentano tuttora una delle ultime e più dibattute tecniche di controllo passivo per flussi turbolenti. Vengono qui presentati i maggiori contributi nel campo della ricerca sulle dimples, tra i quali una in particolare è selezionata per essere replicata attraverso un'innovativa implementazione del metodo dei contorni immersi sviluppato all'interno di un codice di simulazione numerica diretta (DNS) progettato appositamente per trattare il problema di un flusso in un canale turbolento e nel quale è possibile modellare virtualmente qualsiasi tipo di superficie a parete. La geometria di dimple selezionata viene costruita, implementata nel solutore numerico, e testata in un canale turbolento. Il codice è manipolato per includere al meglio questo modello di dimple, che viene ridefinito in maniera accurata proprio partendo dalla letteratura disponibile, che spesso presenta risultati poco chiari o in disaccordo tra loro. La geometria di dimple selezionata è una delle più utilizzate grazie sia alla sua relativamente semplice definizione matematica che alla possibilità di essere realizzata ed implementata. La speranza che un tale dispositivo di controllo passivo del flusso turbolento influenzi in maniera positiva la resistenza è ancora là fuori, o come minimo la speranza di chiarire al meglio il suo comportamento, e con questo lavoro potrebbe essere un po' più vicina, in particolar modo per chi voglia cominciare da questa configurazione di dimple e spingere oltre la ricerca magari con strumenti numerici più potenti, un numero di Reynolds maggiore, ed uno studio parametrico che consideri una variazione della forma o la reciproca posizione delle dimples sulla superficie. Il codice impiegato si dimostra uno strumento utile ed anche una potente fonte di nuove prove scientifiche nel caso delle dimples.