Analisi di stabilità di fondi naturali soggetti a campi fluttuanti di velocità e pressione

La turbolenza è un fenomeno fisico in cui un flusso d'aria o liquido generico si comporta in modo caotico e disordinato (Sivapalan et al. [12]). È comune in ambito ingegneristico affrontare problemi ove le classiche equazioni della fluidodinamica non aiutano a comprendere completamente questo fenomeno.

In un flusso turbolento l'energia viene trasmessa da strutture vorticose di grandezze comparabili con il corpo in movimento, a strutture di dimensioni via via sempre più piccole, trasferendo energia cinetica dalle scale più grandi a quelle più piccole. Solo per strutture vorticose molto molto piccole l'energia cinetica si trasformerà in energia termica e di conseguenza si dissipa (Nobile et al. [28]).

Grazie agli studi di Kolmogorov sullo spettro di energia del campo di velocità, è possibile individuare l'intervallo inerziale delle scale di strutture vorticose in cui il fenomeno turbolento nasce e si esaurisce (Nobile et al. [28]).

Per modellare matematicamente il fenomeno della turbolenza è possibile considerare tre approcci principali, le DNS (Direct Numerical Simulation), le RANS (Reynolds Averaged Navier-Stokes) e le LES (Large Eddy Simulation) (Nobile [28]). Le prime risolvono direttamente le equazioni di Navier-Stokes a tutte le scale turbo-lente. Le RANS risolvono le equazioni Navier-Stokes applicando un filtro temporale, ottenendo così il campo medio di velocità. Le LES applicano un filtro spaziale alle equazioni di Navier-Stokes, risolvendo direttamente le strutture vorticose di grandi dimensioni, fortemente anisotrope, e modellando quelle piccole, isotrope, mediante un modello di sotto griglia (SGS) 4 ([28]).

Non potendo eseguire DNS o LES per questioni di tempo e potenza di calcolo, si e ricorso all'utilizzo delle RANS per le simulazioni di questo lavoro di tesi. L'applicazione delle RANS permette di desumere il campo medio di pressioni attorno al cubetto, funzione del campo di velocità medio e fluttuante dato in ingresso. [...]