Valutazione della resistenza all'avanzamento di una imbarcazione tramite simulazioni stazionarie RANS

Si consideri una imbarcazione in moto rettilineo uniforme immersa in un fluido viscoso in quiete, il primo strato di fluido a diretto contatto con la carena, in seguito ai legami molecolari in seno all’acqua, viene posto in movimento alla stessa velocità della imbarcazione, movimento che avviene grazie alla energia ceduta dalla imbarcazione all’acqua circostante e, con un meccanismo analogo la velocità viene trasferita a tutti i successivi strati di fluido a contatto tra loro; questo fenomenodà
luogo alla formazione di uno strato d’acqua, il cui spessore aumenta spostandosi da prua verso poppa, strato all’interno del quale la velocità del fluido varia passando dal valore pari a quello della carena in movimento, nelle immediate vicinanze della stessa, fino ad un valore quasi nullo via via che ci si allontana.
Come sostenuto da L. Prandtl nel 1904, il fenomeno della resistenza di attrito è interamente localizzato all’interno dello strato limite, dove la viscosità del fluido origina delle azioni tangenziali che generano un gradiente di velocità tra i filetti fluidi contigui. Una imbarcazione che si muove di moto rettilineo ed uniforme in acqua calma trascina con sé (in virtù della viscosità dell’acqua) una certa massa d’acqua che agisce pertanto da freno, l’energia fornita all’acqua si trasforma in una resistenza per attrito. Per bassi valori del numero di Reynolds (Re), gli strati adiacenti di fluido si mantengono stabili, ed il flusso si muove per strati paralleli non subendo alcun rimescolano trasversale: questo tipo di flusso venne chiamato flusso laminare ed è associato a resistenze relativamente basse. All’aumentare del numero di Reynolds il flusso laminare diviene sempre più instabile fino a che si verificano il mescolamento trasversale degli strati e la generazione di vortici con conseguente incremento della resistenza di attrito: questo secondo tipo di flusso venne denominato flusso turbolento.