Analisi sperimentale e modellazione del coefficiente di resistenza per array di cilindri in moto permanente = Experimental analysis and modeling of drag coefficient for cylindrical array in steady flow

Nei flussi in canali a superficie libera, la presenza di vegetazione emergente o sommersa influenza drasticamente le caratteristiche idrodinamiche come la velocità dell’acqua, l’attrito e le forze di trascinamento. In questo studio, come spesso accade in letteratura, la vegetazione viene riprodotta in laboratorio tramite array di cilindri rigidi disposti uniformemente lungo il canale sperimentale ed in configurazione staggered. Le prove sono state condotte nel laboratorio di idraulica “G. Bidone” del Politecnico di Torino. Per la stima del coefficiente di drag Cd sono state realizzate prove con valori di pendenza del canale di 0%, 1%, 2% e 3%, in condizioni di vegetazione emergente o completamente sommersa. Sono stati utilizzati due metodi di calcolo di Cd: il primo attraverso la friction slope; il secondo, invece, attraverso la misura diretta delle forze di drag tramite celle di carico. In entrambi i casi sono stati utilizzati sensori ad ultrasuoni per determinare il tirante. Dall’analisi dell’andamento del tirante lungo il canale è emerso che i sensori ad ultrasuoni risultano di scarsa efficacia in alcune condizioni di prova, soprattutto a causa alle increspature presenti sulla superficie del flusso. Questa problematica si è dimostrata particolarmente significativa durante le prove sperimentali che hanno coinvolto elevate pendenze e portate. Di conseguenza, si è valutata l'adozione di sistemi di misura meno suscettibili a gradienti spaziali elevati del tirante e comunque non intrusivi. A tale scopo è stato riprogettato l’apparato sperimentale al fine di implementare tecniche di acquisizione del tirante attraverso videocamere. Infine, è stato riscontrato che la corrispondenza migliore tra i valori del coefficiente di drag calcolati e le formule presenti in letteratura si ottiene a seguito della misura diretta delle forze di trascinamento. Questo risultato è maggiormente evidente nella condizione di pendenza nulla del canale, mentre, all’aumentare della pendenza si nota una riduzione di Cd.