Le simulazioni avanzate hanno risolto un problema nel flusso turbolento del fluido che potrebbe portare a turbine e motori più efficienti.

Quando un fluido, come acqua o aria, scorre abbastanza veloce, sperimenterà turbolenza, cambiamenti apparentemente casuali di velocità e pressione all'interno del fluido.

La turbolenza è estremamente difficile da studiare ma è importante per molti campi dell'ingegneria, come il flusso d'aria davanti a turbine eoliche o motori a reazione. Comprendere meglio la turbolenza consentirebbe agli ingegneri di progettare pale di turbine più efficienti, Per esempio, o realizzare forme più aerodinamiche per le auto di Formula 1.

Però, gli attuali modelli ingegneristici di turbolenza spesso si basano su relazioni "empiriche" basate su precedenti osservazioni di turbolenza per prevedere cosa accadrà, piuttosto che una piena comprensione della fisica sottostante.

Questo perché la fisica sottostante è immensamente complicata, lasciando molte domande che sembrano semplici irrisolte.

Ora, ricercatori dell'Imperial College di Londra hanno utilizzato supercomputer, simulazioni in esecuzione su processori grafici originariamente sviluppati per i giochi, per risolvere una questione di vecchia data in turbolenza.

Trovare la soluzione

Il loro risultato, pubblicato oggi su Journal of Fluid Mechanics , significa che i modelli empirici possono essere testati e nuovi modelli possono essere creati, portando a progetti più ottimali in ingegneria.

Co-autore Dr. Peter Vincent, dal Dipartimento di Aeronautica dell'Imperial, ha dichiarato:"Ora abbiamo una soluzione per un importante problema di flusso fondamentale. Ciò significa che possiamo confrontare modelli empirici di turbolenza con la risposta 'corretta', per vedere come stanno descrivendo bene ciò che accade realmente, o se hanno bisogno di aggiustamenti."

La domanda è abbastanza semplice:se un fluido turbolento scorre in un canale ed è perturbato, come si dissipa questo disturbo nel fluido? Per esempio, se l'acqua è stata rilasciata improvvisamente da una diga in un fiume e poi chiusa, che effetto avrebbe quell'impulso d'acqua della diga sul flusso del fiume?

Per determinare il comportamento "medio" complessivo della risposta del fluido, il team aveva bisogno di simulare la miriade di risposte più piccole all'interno del fluido. Hanno usato i supercomputer per eseguire migliaia di simulazioni di flusso turbolento, ognuno richiede miliardi di calcoli per essere completato.

Utilizzando queste simulazioni, sono stati in grado di determinare i parametri esatti che descrivono come il disturbo si dissipa nel flusso e hanno determinato vari requisiti che i modelli empirici di turbolenza devono soddisfare.

Il coautore Professor Sergei Chernyshenko, dal Dipartimento di Aeronautica dell'Imperial, ha dichiarato:"Fin dai miei primi giorni di studio della meccanica dei fluidi ho avuto alcune domande fondamentali a cui volevo conoscere le risposte. Questa era una di quelle, e ora dopo 40 anni ho la risposta".