Le prove in galleria del vento
Le prove in galleria del vento sono state ampiamente utilizzate per le applicazioni industriali e di ricerca nel corso degli ultimi cinque decenni.
Una prova in galleria del vento è un test aerodinamico realizzato in un tunnel del vento dove si studia il comportamento di un oggetto esposto a un flusso d'aria che simula le condizioni reali.
I test in galleria del vento richiedono un'installazione costosa e strumenti sofisticati per misurare una gamma di variabili di campo (velocità del vento, carichi di pressione, intensità della turbolenza, ecc.).
Il suo limite principale risiede nel fatto che tali misure si ottengono solo in alcuni punti precisi della sezione di prova, il che restringe considerevolmente la comprensione globale dei processi evolutivi o transitori di fenomeni complessi non stazionari (come il distacco di vortici, le scie di turbolenza e la stratificazione termica).
Le diverse tappe di una prova in galleria del vento
Dalla definizione dell'obiettivo all'analisi dei risultati, una prova in galleria del vento segue sei tappe metodiche :
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Definizione dell'obiettivo
Prima di realizzare una prova in galleria del vento, è importante definire chiaramente l'obiettivo della prova. Potrebbe essere lo studio della resistenza di un veicolo, l'ottimizzazione della portanza di un'ala di aereo, o ancora la valutazione della stabilità di un edificio di fronte al vento.
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Progettazione del modello
Un modello in scala ridotta dell'oggetto da studiare viene generalmente fabbricato a una scala ridotta per poter essere testato nella galleria del vento. Il modello può essere fabbricato a partire da diversi materiali come la plastica, il legno o persino la stampa 3D.
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Installazione del modello nella galleria del vento
Una volta pronto il modello, viene posizionato nel tunnel del vento in modo da essere esposto al flusso d'aria. Supporti e sistemi di misura vengono utilizzati per mantenere il modello in posizione e raccogliere i dati pertinenti durante la prova.
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Regolazione delle condizioni della prova
Prima di iniziare la prova, le condizioni devono essere regolate, come la velocità del vento, la temperatura e la pressione. Queste condizioni sono generalmente determinate in funzione delle specifiche tecniche dell'oggetto da testare.
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Raccolta dei dati
Durante la prova, vengono effettuate diverse misure e osservazioni per valutare il comportamento dell'oggetto nel flusso d'aria. Ciò può includere la misura della forza esercitata sull'oggetto (resistenza, portanza), la visualizzazione dei flussi d'aria tramite tecniche di visualizzazione (fumo, particelle), o ancora la misura delle pressioni sulla superficie dell'oggetto.
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Analisi dei risultati
Una volta raccolti i dati, vengono analizzati al fine di trarre conclusioni sul comportamento aerodinamico dell'oggetto. I risultati sono spesso presentati sotto forma di rapporti tecnici, grafici o immagini per comunicare le conclusioni dello studio e le eventuali raccomandazioni per l'ottimizzazione dell'oggetto testato.
Modellazione numerica delle prove in galleria del vento
La CFD offre numerosi vantaggi rispetto alle prove in galleria del vento.
Oltre a generare simulazioni a scala reale (piuttosto che modelli in scala ridotta per numerose simulazioni fisiche), fornisce anche dati complementari e permette di confrontare per un dato vento le velocità del vento simultaneamente tra due punti.
È possibile realizzare studi di idrologia, aeraulica o termica a diverse scale : dalla microelettronica agli studi di edifici e città.
Dalla microelettronica alla scala di una città
Uno stesso metodo CFD copre studi di idrologia, aeraulica e termica a tutte le scale — dal componente elettronico di pochi millimetri fino al quartiere urbano, un'ampiezza difficile da coprire con modelli fisici.
I risultati possono essere visualizzati più chiaramente e spiegati al maggior numero di persone.
Galleria del vento o CFD : cosa scegliere ?
Sulle stesse problematiche aerodinamiche, i due approcci non giocano nello stesso campionato. Sintesi degli scarti :
| Criterio | Prova in galleria del vento | Simulazione CFD |
|---|---|---|
| Scala del modello | Modello in scala ridotta (plastica, legno, stampa 3D) | Simulazione a scala reale, senza modello |
| Copertura delle misure | Alcuni punti precisi della sezione di prova | Campo completo ; confronto simultaneo delle velocità tra due punti per un dato vento |
| Fenomeni non stazionari complessivortici, scie turbolente, stratificazione termica | Comprensione globale limitata | Processi evolutivi e transitori restituiti |
| Installazione & strumentazione | Installazione costosa, strumenti sofisticati | Studio numerico : alternativa efficace ed economica |
| Restituzione & didattica | Rapporti tecnici, grafici, visualizzazioni puntuali | Risultati visualizzati più chiaramente e spiegabili al maggior numero di persone |
| Aeroacusticarumore di origine aerodinamica | Generalmente più pertinente : misura diretta del rumore aerodinamico | Simulazione possibile ma pesante e molto costosa |
| Clima & intemperiepioggia, neve, ghiaccio | Gallerie del vento climatiche sofisticate : capacità di proiezione di pioggia e riproduzione di un clima | Modellabile, ma complesso da riprodurre fedelmente |
La CFD: un ventaglio molto vasto di applicazioni
Questi metodi permettono di risolvere un ventaglio molto vasto di problematiche. La CFD si dispiega come una vera cassetta degli attrezzi, dal flusso dei fluidi agli scambi termici, passando per la multifisica e l'idrologia.
Cassetta degli attrezzi
- Simulare il flusso di un fluido attorno o all'interno di un corpo
- Studiare il comfort al vento
- Studio dei carichi del vento
Cassetta degli attrezzi termica
- Studiare gli scambi convettivi
- Studiare gli scambi conduttivi
- Studiare gli scambi radiativi
Cassetta degli attrezzi multifisica
- Visualizzare la dispersione di inquinanti
- Studiare l'estrazione fumi
- Studiare lo spostamento di polvere, sabbia…
- Studiare lo spostamento di oggetti, ventilatori…
Studio di idrologia
- Flusso di fluidi
- Rischio di sommersione
- Rischio di pioggia o di neve
Mesh, condizioni al contorno, modello di turbolenza : scopri i fondamenti di uno studio CFD.
Bisogna davvero abbandonare la galleria del vento ?
La domanda meritava più di uno slogan. Ecco una risposta misurata, alla luce di tutto quanto precede.
Test in galleria del vento obsoleti ? Non del tutto — ma la CFD è diventata il riflesso.
La galleria del vento conserva il suo valore di prova fisica di riferimento per calibrare un modello o validare un caso critico. Ma sulla grande maggioranza delle problematiche aerodinamiche, termiche e multifisiche dell'edificio e dell'industria, la simulazione CFD si impone come l'alternativa efficace ed economica : lavora a scala reale, restituisce il campo completo piuttosto che alcuni punti di misura, e permette di esplorare quante varianti necessarie senza rifabbricare modelli.
Nessun modello in scala
La geometria reale dell'edificio o della città è simulata direttamente, senza effetto di scala da correggere.
Tutto il dominio, non poche sonde
Velocità, pressione, temperatura e turbolenza sono noti ovunque — compresi i fenomeni non stazionari.
Iterare senza rifabbricare
Ogni variante di progettazione si rilancia in calcolo, là dove la galleria del vento impone un nuovo modello.
