Controluce - Figure per descrivere
pensare elementi
autore:
Martin P. King e Mike Wilson
affiliazione:
Department of Mechanical Engineering,
University of Bath (UK)
L'immagine
Campi di temperatura in un annulo rotante
Si chiama annulo la regione che sta tra due cerchi concentrici. Vista in sezione, l'intercapedine tra due tubi uno contenuto all'interno dell'altro ha la forma di un annulo.
Se, come in genere accade in una turbina, un tubo viene riscaldato mentre l’altro viene raffreddato, nell’intercapedine si formano dei flussi causati, oltre che dalla forza centrifuga, anche dalle differenze di densità tra l’aria più calda e quella più fredda. Infatti, quando viene riscaldato, il fluido si espande tendendo perciò a galleggiare. Viceversa, quando viene raffreddato, il fluido si condensa e tende a scendere verso il fondo.
Si forma così quella che viene chiamata una cella convettiva, fenomeno che consiste nella rotazione della massa del fluido compresa tra la sorgente di calore e la regione dove si produce il raffreddamento.
Questi moti convettivi possono dare luogo a turbolenze che riducono l’efficienza della trasformazione dell’energia cinetica del fluido in energia meccanica, in cui consiste il lavoro dei motori a turbina.
Tra questi motori ci sono anche quelli a getto (jet) con cui ottengono la loro spinta molti elicotteri e la maggior parte degli aerei di medie e grandi dimensioni.
Se, come in genere accade in una turbina, un tubo viene riscaldato mentre l’altro viene raffreddato, nell’intercapedine si formano dei flussi causati, oltre che dalla forza centrifuga, anche dalle differenze di densità tra l’aria più calda e quella più fredda. Infatti, quando viene riscaldato, il fluido si espande tendendo perciò a galleggiare. Viceversa, quando viene raffreddato, il fluido si condensa e tende a scendere verso il fondo.
Si forma così quella che viene chiamata una cella convettiva, fenomeno che consiste nella rotazione della massa del fluido compresa tra la sorgente di calore e la regione dove si produce il raffreddamento.
Questi moti convettivi possono dare luogo a turbolenze che riducono l’efficienza della trasformazione dell’energia cinetica del fluido in energia meccanica, in cui consiste il lavoro dei motori a turbina.
Tra questi motori ci sono anche quelli a getto (jet) con cui ottengono la loro spinta molti elicotteri e la maggior parte degli aerei di medie e grandi dimensioni.
La tecnica
Simulazione di fluidodinamica computazionale 2D
La fluidoninamica computazionale (CFD) consiste nel sistema di un certo numero di equazioni differenziali parziali (tra cui principalmente le equazioni di Navier-Stokes), che, basandosi sulle leggi del moto di Newton, determinano l'andamento dei valori della velocità e della temperatura nei flussi dei liquidi.
Grazie alla computer-grafica, la CFD si è recentemente molto sviluppata destando un grande interesse nella protezione civile e nell'industria, perché permette di visualizzare lo sviluppo di fenomeni non facilmente riproducibili con modelli fisici.
L'immagine mostra un momento dell'evoluzione dei campi di temperatura dell'aria all'interno dell'intercapedine tra due tubi concentrici rotanti, come risulta da una simulazione bidimensionale di fluidodinamica computazionale. Si osserva la formazione di celle di convezione all'interno dell'annulo. In questa simulazione, non è invece presa in considerazione dal modello la forza di gravità.
Attraverso un software di visualizzazione dei dati, a ogni numero prodotto dal calcolatore per una griglia di 97 righe (lungo il raggio dell'anello) e di 192 colonne (lungo la sua circonferenza) viene assegnato un certo valore di una scala cromatica che va dal blu al rosso. Lo stesso software provvede poi a interpolare i dati per ottnere un'immagine a colori della distribuzione dei campi di temperatura.
Grazie alla computer-grafica, la CFD si è recentemente molto sviluppata destando un grande interesse nella protezione civile e nell'industria, perché permette di visualizzare lo sviluppo di fenomeni non facilmente riproducibili con modelli fisici.
L'immagine mostra un momento dell'evoluzione dei campi di temperatura dell'aria all'interno dell'intercapedine tra due tubi concentrici rotanti, come risulta da una simulazione bidimensionale di fluidodinamica computazionale. Si osserva la formazione di celle di convezione all'interno dell'annulo. In questa simulazione, non è invece presa in considerazione dal modello la forza di gravità.
Attraverso un software di visualizzazione dei dati, a ogni numero prodotto dal calcolatore per una griglia di 97 righe (lungo il raggio dell'anello) e di 192 colonne (lungo la sua circonferenza) viene assegnato un certo valore di una scala cromatica che va dal blu al rosso. Lo stesso software provvede poi a interpolare i dati per ottnere un'immagine a colori della distribuzione dei campi di temperatura.
Cos'e' controluce
Controluce è una raccolta di immagini scientifiche provenienti dai laboratori di ricerca.
La scienza procede per modelli e anche per immagini. L'osservazione dei fenomeni, gli esperimenti di laboratorio, l'intuizione matematica, le simulazioni al computer utilizzano in molti casi la sintesi e la capacità evocativa di un'immagine. Sopratutto, le immagini sono un irrinunciablile ingrediente della comunicazione della scienza, sia interna che esterna a una certa disciplina.
Le immagini di Controluce vengono scelte e descritte da Ulisse con un lavoro di confronto e di dialogo con gli scienziati che le hanno prodotte. Si tratta di immagini che nascono direttamente dall'attività di ricerca, ma che hanno un alto potenziale comunicativo anche per un pubblico più ampio.
