Risposta impulsiva in un flusso turbolento

Aim of the present work is to describe for the first time the measurement through a direct numerical simulation (D.N.S) of the response of a turbulent flow confined between two planar walls to an impulsive body force. The measuring technique is based on the input of a zero-mean white noise, whose spatio-temporal correlation with the turbulent flow field provides the required quantity. The interest of this research lies primarily in the context of control theory, where the average linear impulse response function is important to design a closed-loop control using the response as a model for the sistem. Furthermore the impulse response is interesting by itself for a dynamic analysis of anisotropic turbulence. The numerical simulation has been carried out using a computer code with a shared-and distributed-memory parallel computing. The code has been extended to introduce the body force and the calculation of the impulse response. Impulse response have been obtained both for laminar and turbulent flows and, for sake of completeness, also for the linearized equations. For a flow linearized about a laminar point of equilibrium, we obtained an excellent comparison with the results avaliable in literature. The numerical experiments described in this work must be considered as preliminary: in the turbulent case,the body force has been applied only at one distance from the wall ; for the same reason there is not an analysis of the effect of the Reynolds number.

In questa tesi viene descritta per la prima volta la misura tramite simulazione numerica diretta (D.N.S.) della risposta impulsiva di un flusso turbolento confinato da due pareti piane ad un forzamento di volume. La tecnica di misura si basa sull'uso di un ingresso nella forma di rumore bianco a media nulla, la cui correlazione spazio-temporale con il campo di moto turbolento permette di ottenere la risposta ricercata. L'interesse della ricerca si colloca nell'ambito della teoria del controllo, dove la funzione di risposta lineare media può risultare importante per progettare un controllo retroazionato utilizzando la risposta stessa come modello del sistema. Inoltre la risposta impulsiva è interessante di per sè, ai fini di una analisi dinamica della turbolenza anisotropa. Il calcolo D.N.S. è stato eseguito basandosi su un codice numerico con strategia di calcolo parallelo a memoria sia condivisa che distribuita a cui sono stati apportati i dovuti adattamenti per introdurre il forzamento di volume ed il calcolo della risposta impulsiva. Le misure di risposta sono state effettuate in regime sia laminare che turbolento e, per maggior completezza, anche nel caso di linearizzazione delle equazioni. Nel caso linearizzato attorno ad un flusso base laminare l'unico confronto possibile con quanto disponibile in letteratura ha dato risultati ottimi. Gli esperimenti numerici descritti in questo lavoro sono comunque da considerarsi preliminari: dato l'impegno computazionale richiesto, la forzante è stata considerata ad una sola distanza dalla parete; manca inoltre ancora uno studio dell'effetto del numero di Reynolds.