Modelling aspects of wall flows with turbulent drag reduction

The performance of the turbulent drag reduction control techniques at application-level value of Reynolds number Re is an open question, since the methods employed so far in their assessment are limited to low values of Re. The goal of the present work is to understand whether and how turbulence models can predict skin-friction drag reduction induced by wall forcing. A plane channel flow controlled by a steady streamwise distribution of spanwise velocity is studied via RANS, by using two different turbulence models. Despite the quantitatively incorrect predictions, both turbulent models achieve a decrease of the skin friction drag. A preliminary analysis of the budget equations for the modelled quantities is used to investigate the process by which the physics of turbulent drag reduction can be captured by a simple RANS turbulence model.

Le prestazioni delle tecniche di controllo di riduzione di attrito in flussi turbolenti a valori applicativi del numero di Reynolds Re sono ad oggi sconosciute, in quanto le tecniche usate per studiarle sono limitate a valori bassi di Re. L'obbiettivo del lavoro è capire se e come i modelli di turbolenza possono predire la riduzione di attrito generata da un forzamento a parete. Una corrente in un canale piano forzato tramite una distribuzione stazionaria della componente trasversale della velocità a parete, modulata nella direzione longitudinale, è stato studiato tramite RANS usando due differenti modelli di turbolenza. Nonostante le previsioni siano quantitativamente non corrette, entrambi i modelli di turbolenza mostrano una diminuzione della resistenza d'attrito. Un'analisi preliminare delle equazioni di bilancio per le quantità modellate è effettuata per indagare il processo tramite il quale la fisica della turbolenza possa essere catturata da un semplice modello di turbolenza RANS.