Riduzione di resistenza in flussi turbolenti di parete : confronto tra esperimenti e simulazione numerica diretta

An active method for skin friction drag reduction in a turbulent wall flow is studied with the direct numerical simulation of the incompressible Navier--Stokes equations. The travelling waves technique, recently introduced (Quadrio et al., J. Fluid Mech., 627, 2009) and nowadays considered as one of the most promising open--loop strategy, is applied to a turbulent pipe flow. The aim is to confirm the results of the only available laboratory experiment (Auteri et al., Phys. Fluids, 22, 2010) and to analyze the effect of their spatial discretization. The results agree with the experiment and confirm the importance of discretization. For the first time the drag reduction achievable by the travelling waves is characterised in the cylindrical geometry. At Re=5900 a turbulent flow can be relaminarized, with a net energy savings of 60%. This is the best result ever obtained by a flow control technique.

Un metodo attivo per la riduzione di resistenza d'attrito in flussi turbolenti di parete viene studiato tramite simulazione numerica diretta delle equazioni di Navier--Stokes incomprimibili. In particolare la tecnica delle onde viaggianti, introdotta recentemente (Quadrio et al., J. Fluid Mech., 627, 2009) e oggi considerata come la più promettente tra le tecniche a ciclo aperto, viene applicata in un condotto cilindrico. L'obiettivo è quello di confermare i risultati dell'unica realizzazione sperimentale esistente (Auteri et al., Phys. Fluids, 22, 2010) di tali onde e di analizzare gli effetti della loro discretizzazione spaziale. I risultati riproducono molto bene l'esperimento e confermano l'importanza della discretizzazione. Per la prima volta la riduzione di resistenza di attrito ottenibile con le onde viaggianti viene caratterizzata nella geometria cilindrica. A Re = 5900 è possibile rilaminarizzare un flusso turbolento con un risparmio netto di energia del 60%: questo è, ad oggi, il miglior risultato ottenuto da una tecnica di controllo per la riduzione d'attrito.