Misure di un canale turbolento con termografia all'infrarosso e PIV = Measurements of a turbolent channel with infrared thermography and PIV

I flussi turbolenti rappresentano un fenomeno chiave nell'ambito della meccanica dei fluidi, sono caratterizzati da un'elevata complessità dovuta al suo comportamento intrinsecamente caotico e tridimensionale. L'individuazione di strutture coerenti, di cui tale fenomeno è costituito, ha portato ad un'evoluzione significativa in termini di predizione dei loro comportamenti, segnando risvolti importanti in molte applicazioni ingegneristiche, riguardanti i campi dell'aerodinamica, dello scambio termico e perfino della biomeccanica. Il presente lavoro, condotto presso il laboratorio M. Panetti del Politecnico di Torino è incentrato sull'acquisizione di misure di un flusso turbolento all'interno di un canale chiuso di sezione rettangolare, progettato in modo da garantire all'operatore la possibilità di regolare la velocità del flusso. L'analisi viene poi condotta mediante tecniche di misura avanzate e non intrusive: la Particle Image Velocimetry (PIV) e la termografia all'infrarosso (IR). Mediante la PIV vengono acquisite delle immagini per la valutazione dei campi medi di velocità, fluttuanti e gli stress di Reynolds. L'alta risoluzione spaziale è ciò che contraddistingue questa tecnica da quelle tradizionali, per cui la misura della velocità è rilevata in un punto. Con la termografia a IR si ottengono delle mappe di temperatura da cui si risale ai valori del coefficiente di scambio termico convettivo. L'integrazione di queste due tecniche consente di correlare il comportamento del fluido dal punto di vista del trasporto della quantità di moto con il trasporto del calore. Con questo studio ci si è posti l'obiettivo di verificare la possibilità di correlare i campi di velocità istantanea con i campi di temperatura per mezzo della valutazione delle fluttuazioni di un parametro adimensionale del coefficiente di scambio termico convettivo, ovvero il numero di Stanton. Viene poi valutata l'applicabilità dell'analogia di Reynolds nel caso di un flusso turbolento di canale, monitorando l'errore relativo commesso. I risultati ottenuti confermano la presenza di strutture coerenti tipiche della turbolenza e viene verificato che influenzano direttamente lo scambio termico per convezione. In questo modo è possibile eseguire la correlazione tra i due campi, portando a potenziali svolte per nuove tecniche di misura basate su modelli predittivi con reti neurali, potendo risalire a informazioni di un campo termico partendo da un campo di velocità.