La popolazione globale e l'urbanizzazione sono cresciute negli ultimi decenni. Con loro arrivarono decine di nuovi edifici alti, droni, sistemi di ventilazione più efficienti dal punto di vista energetico, e taxi aerei pianificati da Uber e altre compagnie. Ma questi progressi tecnologici devono fare i conti con un fenomeno fisico naturale:il vento.

Gli scienziati hanno presentato le ultime scoperte sulla modellazione e la previsione del flusso d'aria urbano, nella speranza di costruire edifici migliori, città, e trasporti—al 73° incontro annuale della Divisione di Fluidodinamica dell'American Physical Society.

I cieli urbani del futuro potrebbero pullulare di velivoli autonomi:aerotaxi, droni, e altri sistemi di volo autonomo. Un team dell'Oklahoma State University ha sviluppato tecniche per modellare i rischi ambientali che questi veicoli potrebbero incontrare in modo da poter navigare in sicurezza nelle città.

"Gli ambienti urbani presentano enormi sfide per i droni e le piattaforme di mobilità aerea urbana, " ha detto il ricercatore Jamey Jacob, che guidava la squadra. "Oltre alle sfide della congestione del traffico e degli ostacoli, esistono lacune tecnologiche critiche nella modellazione, rilevamento, e accogliere i dinamici campi eolici urbani locali, nonché nella navigazione di precisione in condizioni meteorologiche incerte".

I ricercatori hanno collegato sensori a velivoli robotici per effettuare misurazioni più coerenti delle scie degli edifici, o il flusso d'aria disturbato intorno agli edifici. Hanno combinato questi dati con previsioni numeriche per ottenere un quadro migliore dei complessi modelli di vento presenti negli ambienti urbani.

Il lavoro potrebbe aiutare a migliorare le previsioni del vento e del tempo, non solo per velivoli senza pilota ma anche per aerei convenzionali.

"Il potenziale di equipaggiare ogni drone e aerotaxi urbano, così come altri velivoli, con sensori offre un'opportunità rivoluzionaria nella nostra capacità di monitorare, prevedere, e segnalare eventi meteorologici pericolosi, " disse Giacobbe.

Un altro gruppo, con sede presso l'Università del Surrey ha anche studiato le scie degli edifici. Con un occhio al miglioramento della qualità dell'aria nelle città, hanno cercato differenze di scia tra un singolo edificio alto e un gruppo di edifici alti.

"Capire come modellare la scia degli edifici alti è il primo passo per consentire agli urbanisti di ridurre l'effetto isola di calore e migliorare la qualità dell'aria urbana, " disse Joshua Anthony Minien, un ricercatore in ingegneria meccanica.

Il team ha effettuato esperimenti in una galleria del vento, variare il raggruppamento, proporzioni, e la spaziatura degli edifici alti. Sono stati incoraggiati a vedere che quando misurato abbastanza lontano a valle, un gruppo di edifici e un edificio isolato hanno caratteristiche di scia simili. Anche i cambiamenti nella direzione del vento sembrano influenzare in modo significativo le scie dei gruppi di edifici.

Tutti gli edifici, alto o no, deve essere ventilato.

"La capacità di prevedere le portate di ventilazione, i tempi di spurgo e i modelli di flusso sono importanti per il comfort e la salute umana, come evidenziato dalla necessità di prevenire la diffusione aerea del coronavirus, ", ha affermato il ricercatore dell'Università di Cambridge Nicholas Wise.

Con il professore di ingegneria Gary Hunt, Wise ha riscontrato un problema negli attuali modelli di sistemi di ventilazione naturale passiva. Questi spesso utilizzano il flusso di spostamento, in cui l'aria notturna più fresca entra in un edificio attraverso un'apertura e l'aria più calda accumulata durante il giorno esce attraverso un'altra apertura.

La loro modellizzazione matematica ha rivelato che il flusso di spostamento non continua durante lo spurgo dell'aria calda, come si credeva. Anziché, la stanza sperimenta un "flusso di scambio sbilanciato" che può rallentare il processo di spurgo.

"Ogni flusso di spostamento passa a un flusso di scambio sbilanciato, " disse il saggio.

I ricercatori sono rimasti sorpresi di quanto l'aggiunta di una piccola apertura a basso livello acceleri il raffreddamento della stanza, rispetto a una stanza con solo un'apertura di alto livello. Il loro modello sarà utile per i progettisti di sistemi di ventilazione naturale.