Controluce - Figure per descrivere
pensare elementi
L'immagine
Vorticità del flusso in un canale
Come dice l'Ecclesiaste, il vento gira e continua a girare. In qualche misura, tutte le correnti ruotano, siano d'aria, d'acqua, o di altre sostanze liquide o gassose.
In fluidodinamica, per vorticità si intende precisamente la misura della rotazione di un flusso, che è anche la misura della differenza tra le velocità delle singole particelle che lo compongono. Infatti, se in un flusso lineare ogni particella ha una velocità prossima alla velocità delle particelle vicine, nella rotazione del flusso le velocità tendono a variare e tanto più variano se la rotazione si chiude avvitandosi in un vortice. Allora la direzione e la velocità possono divergere da un punto all'altro in modo estremo e difficilmente prevedibile. Anche perché i vortici si producono e si moltiplicano su diverse scale spaziotemporali influenzandosi l’uno con l’altro e cambiando continuamente posizione e dimensioni.
Nel 1883, l'ingegnere britannico Osborne Reynolds distinse due diversi tipi di flusso in un fluido, osservando che a basse velocità le particelle seguono delle linee prevedibili (regime laminare), mentre a più alte velocità il flusso si rompe in una serie di gorghi non facilmente prevedibili (regime turbolento).
Il punto in cui il flusso da laminare (stabile) diventa turbolento (instabile) è determinato da un numero, detto numero di Reynolds. Si tratta di un numero puro, senza alcuna unità fisica. Abbreviato in Re, questo numero è definito dal rapporto tra il prodotto della velocità per la lunghezza caratteristica del flusso e la viscosità del liquido.
L’immagine visualizza i vortici che si formano in un dato istante di tempo sui due piani che definiscono le superfici (inferiore e superiore) di un canale.
In fluidodinamica, per vorticità si intende precisamente la misura della rotazione di un flusso, che è anche la misura della differenza tra le velocità delle singole particelle che lo compongono. Infatti, se in un flusso lineare ogni particella ha una velocità prossima alla velocità delle particelle vicine, nella rotazione del flusso le velocità tendono a variare e tanto più variano se la rotazione si chiude avvitandosi in un vortice. Allora la direzione e la velocità possono divergere da un punto all'altro in modo estremo e difficilmente prevedibile. Anche perché i vortici si producono e si moltiplicano su diverse scale spaziotemporali influenzandosi l’uno con l’altro e cambiando continuamente posizione e dimensioni.
Nel 1883, l'ingegnere britannico Osborne Reynolds distinse due diversi tipi di flusso in un fluido, osservando che a basse velocità le particelle seguono delle linee prevedibili (regime laminare), mentre a più alte velocità il flusso si rompe in una serie di gorghi non facilmente prevedibili (regime turbolento).
Il punto in cui il flusso da laminare (stabile) diventa turbolento (instabile) è determinato da un numero, detto numero di Reynolds. Si tratta di un numero puro, senza alcuna unità fisica. Abbreviato in Re, questo numero è definito dal rapporto tra il prodotto della velocità per la lunghezza caratteristica del flusso e la viscosità del liquido.
L’immagine visualizza i vortici che si formano in un dato istante di tempo sui due piani che definiscono le superfici (inferiore e superiore) di un canale.
La tecnica
Simulazione di fluidodinamica computazionale 3D
La fluidoninamica computazionale (CFD) risulta dal sistema di un certo numero di equazioni differenziali parziali che, basandosi sulle leggi del moto di Newton, determinano l'andamento dei valori della velocità e della temperatura nei flussi dei liquidi.
Queste equazioni matematiche vengono chiamate equazioni di Navier-Stokes del moto dei fluidi perché si devono all'ingegnere francese Claude-Louis-Marie Navier e al matematico britannico George Gabriel Stokes. Il comportamento turbolento non permette una descrizione omogenea del flusso. Le equazioni di Navier-Stokes devono invece essere risolte punto per punto in una fitta griglia spaziotemporale di punti.
Questo tipo di simulazione diretta (espressione di solito abbreviata con DNS, che sta per Direct Numerical Simulation), richiede una grande quantità di calcoli e piuò essere utilmente realizzata per flussi con un numero di Reynolds relativamente basso (cioè di fluidi abbastanza viscosi e non troppo veloci).
L'immagine visualizza la isosuperficie di una variabile (precisamente, la sua vorticità) del flusso di un canale in un dato istante, secondo come risulta da una simulazione ottenuta con una tecnica DNS da Jarkko Saloranta del Laboratory of Aerodynamics della Helsinki University of Technology.
Grazie alla computer-grafica, la CFD si è recentemente molto sviluppata destando un grande interesse nella protezione civile e nell'industria aeronautica perché permette di visualizzare lo sviluppo di fenomeni non facilmente riproducibili con modelli fisici, come i comportamenti delle correnti d'aria o di altri fluidi.
Queste equazioni matematiche vengono chiamate equazioni di Navier-Stokes del moto dei fluidi perché si devono all'ingegnere francese Claude-Louis-Marie Navier e al matematico britannico George Gabriel Stokes. Il comportamento turbolento non permette una descrizione omogenea del flusso. Le equazioni di Navier-Stokes devono invece essere risolte punto per punto in una fitta griglia spaziotemporale di punti.
Questo tipo di simulazione diretta (espressione di solito abbreviata con DNS, che sta per Direct Numerical Simulation), richiede una grande quantità di calcoli e piuò essere utilmente realizzata per flussi con un numero di Reynolds relativamente basso (cioè di fluidi abbastanza viscosi e non troppo veloci).
L'immagine visualizza la isosuperficie di una variabile (precisamente, la sua vorticità) del flusso di un canale in un dato istante, secondo come risulta da una simulazione ottenuta con una tecnica DNS da Jarkko Saloranta del Laboratory of Aerodynamics della Helsinki University of Technology.
Grazie alla computer-grafica, la CFD si è recentemente molto sviluppata destando un grande interesse nella protezione civile e nell'industria aeronautica perché permette di visualizzare lo sviluppo di fenomeni non facilmente riproducibili con modelli fisici, come i comportamenti delle correnti d'aria o di altri fluidi.
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.
