Wavelet analysis of complex flow fields

Sin dagli albori dello studio di flussi turbolenti, una delle principali sfide risiede nell’identificazione di strutture coerenti. Nel corso degli anni, diversi metodi basati sulla visualizzazione dei campi di moto tramite traccianti o metodologie analitiche basate sulla valutazione di gradienti o in generale variazioni di velocità sono stati messi a punto. Il presente elaborato prende ispirazione da studi precedenti riguardo l’impiego delle trasformate di wavelet per l’analisi di segnali di velocità di flussi turbolenti con l’obiettivo di identificare la presenza di strutture coerenti. Le trasformate di wavelet provengono dalla teoria dei segnali e permettono la valutazione di segnali all’interno dei quali si hanno variazioni frequenza. Ciò viene effettuato tramite una “ondina”, appunto wavelet, la quale presenta una determinata frequenza e una durata limitata, ovvero è dotata di un supporto limitato nel tempo (o nello spazio). Quindi, è possibile ottenere il contenuto energetico e, soprattutto, la posizione lungo il segnale delle varie frequenze che compongono lo stesso. È questa la significativa differenza rispetto alle trasformate di Fourier le quali, invece, perdono l’informazione riguardo la posizione di tale contenuto energetico spalmandola su tutto il dominio. In modo particolare, si cerca di analizzare campi di moto ottenuti mediante tecnica PIV (Particle Image Velocimetry) visualizzando delle mappe di energia che mettano in luce la presenza di eventuali strutture coerenti all’interno del campo di moto. Inizialmente, vengono analizzati un vortice sintetico, ottenuto per via analitica, e il campo di moto di un getto che, in quanto campi relativamente semplici, possono permettere la validazione del codice. Una volta accertato il corretto funzionamento del codice, vengono analizzati dei campi di moto più complessi. In particolare, si valutano i campi di moto relativi allo strato limite che si genera su una placca piana liscia e su tre differenti tipi di superfici riblettate (o riblets). Le riblets vengono adoperate per il controllo di flussi e mostrano buone performance per quel che riguarda la riduzione della resistenza. Questi ultimi risultati vengono, poi, analizzati statisticamente per cercare di mettere in luce eventuali differenze tra strato limite su placca liscia e su riblets.