Turbolenza in un cilindro

Qual è il numero di Reynolds oltre al quale si ha turbolenza per un cilindro investito da un flusso d'aria? Non certo quello riferito a una sfera, ma nemmeno quello di una lastra.
Attilio Rossi
5 settembre 2005
In generale, il flusso intorno a qualunque corpo investito da una corrente fluida (non è necessario che si tratti proprio di aria) mostra tre distinti regimi al variare del numero di Reynolds (ricordiamo che tale parametro è definito come

Re=ρ U L/mu

in cui U è la velocità della corrente, L una dimensione caratteristica del corpo, ρ la densità del fluido e mu la sua viscosità dinamica).

Per piccoli valori di Re il flusso è regolare, ordinato e rimane stazionario se il corpo è fermo e la U costante: tale regime è detto laminare .Aumentando il numero di Reynolds si nota che il flusso, nelle stesse condizioni precedenti inizia ad oscillare ed a mostrare i primi segni di instabilità, questo è il regime transizionale. Infine, aumentando ulteriormente Re si ottiene un flusso fortemente non stazionario, apparentemente disordinato in cui la velocità in ogni punto oscilla intorno ad un valore medio con fluttuazioni le cui caratteristiche possono essere descritte solo statisticamente: questo è il regime turbolento.

Sebbene lo scenario descritto sia assolutamente generale, i valori del numero di Reynolds a cui si verificano queste transizioni dipendono oltre che dalla geometria del problema in esame anche dalla regolarità del flusso che investe il corpo, dalla finitura superficiale di quest'ultimo e da eventuali perturazioni esterne. Con qualche deviazione tra caso e caso, comunque, ci sono dei valori largamente confermati dalla letteratura scientifica che possono essere presi come riferimento.

Nel caso particolare di un cilindro a sezione circolare, il flusso rimane stazionario e simmetrico fino a Re=32. Superato tale valore la scia del cilindro inizia a oscillare producendo un flusso non stazionario che rimane però laminare e bidimensionale. Per numeri di Reynolds intorno a 300 il flusso sviluppa delle tridimensionalità ma rimane ancora laminare mentre intorno a Re=1500-2000 si entra nel regime transizionale. Infine, quando il numero di Reynolds supera il valore di circa 500000 si ha un flusso completamente turbolento.

Roberto Verzicco Dipartimento di Ingegneria Meccanica Università di Roma "Tor Vergata"

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